Полезная информация

Шлюзы STM-через-Ethernet

Сейчас, в XXI веке, подавляющее большинство новых инсталляций в сетевом мире приходится на долю оборудования Ethernet. Массовость, дешевизна и универсальность семейства протоколов с коммутацией пакетов привела к взрывообразному росту трафика в таких сетях связи. Даже в области голосовой связи всё больше и больше новых инсталляций основано на протоколах с пакетной коммутацией.

Однако, TDM-сети не только существуют, но и требуют своего развития. При этом зачастую в одну точку клиентского подключения необходимо подвести оба окончания – например, канал Е1 для подключения унаследованной УПАТС и канал передачи данных для работы информационных систем.

Традиционное решение таких задач – выделение отдельных оптоволоконных каналов для трафика разного типа. Однако, такой подход имеет существенные недостатки с экономической точки зрения, особенно если речь идет о подключении относительно медленных каналов емкостью до STM-1.

Поэтому, как только производительность сетей Ethernet выросла до определенного уровня, стали появляться различные варианты устройств для передачи TDM-трафика через Ethernet.

 

Мультиплексоры E1+Ethernet

Исторически первый тип таких устройств- это мультиплексоры, объединяющие в один оптоволоконный канал трафик E1 и Ethernet по принципу “точка-точка”. Они работают, как правило, с использованием закрытых протоколов мультиплексирования, не совместимых между устройствами разных производителей и не допускающими возможностей масштабирования. Строго говоря, такие мультиплексоры не передавали E1 через Ethernet. Их устройство предполагало передачу Е1 совместно с Ethernet по выделенным прямым волокнам. При этом способе мультиплексирования эти два вида трафика передаются независимо, и никакого взаимодействия одного протокола с другим не происходит.

Полноценное использование Ethernet-инфраструктуры для передачи TDM-трафика стало возможным после появления протоколов инкапсуляции, таких как TDMoIP (запатентована компанией RAD), TDMoP или SAToP.

Topgate - мультиплексор E1+Ethernet
Как правило, такие устройства содержат в себе управляемый Ethernet-коммутатор и блок интерфейсов E1.

Настройка интерфейсов Е1 в таких устройствах, как правило, предусматривает указание IP или MAC-адреса удалённого шлюза (на котором требуется вывести данный TDM-поток из Ethernet-сети) и – при необходимости – номер порта на удалённом устройстве.

Передача STM через Ethernet

Если туннелирование E1 через Ethernet – задача, в общем, тривиальная (пропускная способность Ethernet-сети значительно превышает скорость потока E1, а восстановление синхронизации в E1 не требуется), то передача синхронных потоков STM через пакетные сети требует особых решений.

Самой важной задачей при транспорте STM через Ethernet является задача надежного восстановления синхронизации. Кроме этого, STM-трафик необходимо доставлять без потерь пакетов и без нарушения последовательности кадров.

В отличие от синхронных сетей, обычные сети Ethernet не могут гарантировать равномерность потока данных. Возможны как пропадание кадров, так и нарушение последовательности. Синхронизация STM-потоков – при отсутствии высокоточных устройств синхронизации на базе GPS и аналогичных – возможна только на основании данных из передаваемого TDM-потока. Однако, по мере роста потребностей рынка в таких решениях, стали появляться надстройки над Ethernet, призванные обеспечить синхронизацию TDM-узлов.

В частности, появились протоколы IEEE 1588-2008 (Precision Time Protocol), предназначенный для передачи временных меток с высокой точностью и Synchronous Ethernet (G.8262), распространяющий сигнал синхронизации по всей Ethernet-сети. Так появилась возможность строить STM-туннели через Ethernet-сегменты по-настоящему операторского качества.

Шлюзы точка-точка в корпусе SFP

Вершиной технической мысли среди всего разнообразия шлюзов STM-через-Ethernet можно назвать устройства, выполненные в миниатюрном корпусе SFP-трансивера.

Шлюз “Smart SFP-SDH” STM1-через-Ethernet MT-P-3103-L1CD-TDM
С точки зрения Ethernet, шлюз Modultech Smart SFP-STM выглядит как полноценное GigabitEthernet-устройство с собственным MAC; при этом оптический интерфейс у него полностью совместим с STM/SONET. Доступны модификации STM1/SONET OC-3 (например, MT-P-3103-L1CD-TDM) или STM4/SONET OC-12 (например, MT-P-3112-L1CD-TDM).

Входящий синхронный поток кодируется и упаковывается в Ethernet-кадры. Поток Ethernet передается по RTP-протоколу на ответный шлюз. Для передачи RTP может использоваться многоадресная (multicast) или одноадресная (unicast) рассылка.

Полученные RTP-кадры преобразуются в битовый поток STM/SONET.

В качестве источника синхронизации этот шлюз может использовать входной поток STM, сигнал синхронизации SyncEthernet или синхронизироваться по инкапсулированному RTP-потоку. В последнем случае для надежной синхронизации необходим источник точного времени (PTP по IEEE 1588-2008), доступный обоим окончаниям STM-туннеля.

Шлюзы Smart SFP-STM используют для своей работы протокол SAToP, что позволяет организовать взаимодействие с устройствами других вендоров. Управление и мониторинг шлюзов возможны на втором уровне Ethernet, по MAC-адресам шлюзов. IP-протокол не используется.

Мультиплексор в корпусе SFP и шлюзы трибутарных потоков в корпусе SFP

С помощью шлюзов “точка-точка”, описанных выше, можно эффективно решить задачу построения прозрачных туннелей для пропуска синхронного трафика через Ethernet-сеть.

Однако, довольно часто встает задача подключения клиентов с помощью низкоскоростных потоков Е1. Безусловно, её можно решить с помощью низкоскоростных шлюзов “точка- точка”. Но для случая, когда множество потоков Е1 должны придти на один узел связи, есть лучшее решение – мультиплексор Smart SFP-Channelized SDH в корпусе SFP в связке с SAToP-шлюзом E1 в корпусе SFP.

Принцип работы этих устройств аналогичен шлюзам Modultech SmartSFP-STM. При этом один мультиплексор SmartSFP может принимать данные от нескольких (до 63) шлюзов SFP-E1, упаковывая их данные в один SDH-поток. Таким образом, вместо организации многих туннелей “точка-точка” для потоков Е1 и подключения их к коммутатору SDH через интерфейсную карту Е1, возможно консолидировать все эти туннели на одном оконечном устройстве SmartSFP.

Применение.

Шлюзы Modultech SmartSFP-STM и мультиплексоры SmartSFP-Channelized SDH – хороший вариант для интеграции унаследованных систем SDH в современные мультисервисные сети, основанные на Ethernet. Благодаря таким устройствам возможно организовать подключение всех необходимых клиентских сервисов к одному оконечному Ethernet-устройству.

Применение таких устройств возможно как для подключения новых клиентов в точках, удалённых от узлов связи SDH-сети, так и для модернизации SDH-сети и интеграции магистральных SDH-соединений с Ethernet-трафиком.

Для обеспечения требуемого качества синхронных каналов связи, передаваемых через Ethernet, нужно обеспечить передачу сигнала синхронизации. Самый надежный способ – это использование оборудования, поддерживающего Sync Ethernet, на всём пути следования SAToP-трафика.

Заключение

Конвергенция разнородных сетей связи и интеграция разнообразных сервисов на одной технологической платформе – это естественный путь развития телекоммуникаций. Компактные шлюзы и мультиплексоры SDH в корпусе SFP позволяют сделать ещё один шаг на пути к построению единой универсальной сети связи.

100G на средние дистанции

Стогигабитные каналы в магистральных сетях стали обыденным явлением пару лет назад. Их преимущества - спектральная эффективность, высокая помехозащищенность и стойкость к хроматической дисперсии когерентных приемопередатчиков - позволили занять важное место в протяженных оптоволоконных магистралях.Однако, до недавнего времени такие каналы, как правило, образовывались объединением десяти каналов 10G (10GBase Ethernet или STM-64) в мультиплексированный канал OTU-4. В оконечных устройствах интерфейсы 100G стали распространяться относительно недавно.

Интерфейсы 100G в оборудовании.

Электронная часть стогигабитных интерфейсов сейчас, как правило, устроена как десять параллельных дифференциальных линий с битовой скоростью 10Гбит/с. Так устроены интерфейсы CFP, CXP, CPAK и CFP2. Перспективный интерфейс QSFP28, в свою очередь, состоит из четырех линий с битовой скоростью 28Гбит/с.Оптические интерфейсы соответствующих трансиверов, в свою очередь, бывают устроены как десять потоков с битовой скоростью 10Гбит/с (это интерфейсы 100GBase-SR10, LR10, ER10), как четыре потока с битовой скоростью 25Гбит/с (интерфейсы 100GBase-LR4 и ER4) или как один поток с битовой скоростью 100Гбит/с (когерентные оптические трансиверы).

Реализация таких оптических интерфейсов возможна несколькими принципиально разными способами.100GBase-SR10 использует шлейф из 20 многомодовых волокон. Максимальная длина оптической трассы ограничена 150м через волокно OM4.

Аналогичным образом может быть устроен интерфейс на одномодовых волокнах; однако он не нашел распространения.

Трансиверы 100GBase-LR10, LR4 и ER4 использует CWDM-лазеры и содержит встроенные мультиплексоры-демультиплексоры. Таким образом, для организации линка достаточно одной пары одномодового волокна. Максимальная длина трассы - 10км для LR4 и 40км для ER4.

Также существуют трансиверы 100GBase-LR4-PSM и ER4-PSM, в которых для передачи используется шлейф из четырех пар оптических волокон с битовой скоростью 25Гбит/с в каждом. В них не используется WDM-мультиплексирование, что дает несколько лучшие оптические характеристики таких модулей.Относительно недавно появились когерентные трансиверы в форм-факторе CFP. Однако, их применение пока ограничивается линейными портами транспондеров DWDM-систем.

100G вдаль. Варианты.

Использование стогигабитных трансиверов напрямую ограничены сравнительно небольшими трассами длиной до 40км. При этом свойства их оптических сигналов таковы, что оптическое усиление напрямую использовать нельзя - используемые длины волн не предполагают использование оптических усилителей.

Таким образом, при необходимости передать сигнал 100Гбит/с на расстояние большее, чем может 100GBase-ER трансивер, приходится или ставить регенератор (очень дорого), или тем или иным способом пропускать стогигабитный канал через оборудование DWDM.

На рынке существуют разные варианты дальнобойных транспондеров для каналов 100GBase-X.

Так, например, компания ADVA предлагает несколько вариантов решения аналогичной задачи на базе платформы FSP3000.

  • Транспондерная карта WCC-PCTN-100GB со встроенным когерентным приёмопередатчиком. К её преимуществам относятся исключительно высокие технические характеристики трансивера и использование двух независимых генераторов частоты. Это позволяет карте передавать и принимать сигнал на разных каналах, что - в свою очередь - позволяет использовать её в одноволоконных системах связи. Карта WCC-PCTN-100GB требует для работы по одному DWDM-каналу шириной 50ГГц в каждом направлении. Устойчивость к хроматической дисперсии - до 2000км волокна G.652.
  • Транспондерная карта WCE-PCN-100G, укомплектованная CFP-модулем с когерентным приемопередатчиком.Аналогично карте WCC-PCTN-100GB, ей достаточно одного DWDM-канала шириной 50ГГц для передачи в каждом направлении. Однако, в таком CFP-модуле используется общий генератор частоты для приемника и передатчика, что исключает работу в одноволоконных линиях. Кроме этого, оптические характеристики такого трансивера несколько хуже; устойчивость к хроматической дисперсии - до 800км волокна G.652.
  • Транспондерная карта WCE-PCN-100GB, укомплектованная CFP-модулем с четырьмя настраиваемыми DWDM-трансиверами. Такой модуль использует четыре DWDM-канала с прямой модуляцией скоростью 25Гбит/с каждый. Это удешевляет систему, но существенно ограничивает её оптические характеристики - стойкость к дисперсии не более 30км волокна G.652.

Описанные решения уже хорошо зарекомендовали себя на практике. Однако их стоимость остается довольно высокой.

В качестве более доступной альтернативы может выступить транспондер Modultech Ewave 5101.

Платформа Modultech Ewave 5101

Modultech EWave 5101 transponder

Функциональный прнцип платформы Modultech Ewave 5101 - это конвертация составляющих 40/100GBase-X канал элементарных 10G-потоков в DWDM-каналы и передача их в агрегированном виде через одно- или двухволоконную линию связи.

Встроенный агрегатный транспондер имеет оптический бюджет, достаточный для работы на линиях до 80км (20дБ). Его сигнал полностью совместим с существующим на рынке DWDM-оборудованием. Используется десять каналов с шагом 100ГГц.

При этом шасси имеет три слота для вспомогательных модулей, в число которых входят модули оптического усилителя (EDFA), оптического переключателя для автоматического переключения рабочего волокна при обрыве или модули компактных компенсаторов дисперсии на базе волоконных решеток Брэгга.

Благодаря этому возможна передача 100G канала на расстояние до 120км без промежуточных узлов. Более длинные линии возможно строить, используя хорошо отработанные решения в области DWDM для 10G-каналов.Для управления и мониторинга имеется порт RS-232 и порт Fast Ethernet для удаленного управления.

Также возможна комплектация транспондера модулем локального управления с LCD-дисплеем и клавиатурой. Его использование позволяет настраивать транспондер без использования компьютера.

Применение Основной сценарий использования транспондера Modultech Ewave 5101 - это подключение удаленного узла на линейной скорости 100Гбит/с.

Благодаря использованию технологий массового рынка, стоимость такого решения получается сравнимой со стоимостью обычной DWDM-системы с каналами 10G. При этом возможно использовать более производительные линейные карты маршрутизаторов и использовать все преимущества портов 100G.

Заключение

Благодаря появлению таких продуктов, как транспондер Modultech EWave 5101, применение стагигабитных клиентских портов может получить новый импульс и выйти на линии средней дальности (до 100-120км). Это может быть востребовано как операторами дата-центров для подключения удаленных клиентов, так и корпоративными заказчиками для связи своих собственных площадок. Разумеется, такая технология может быть востребована и обычными операторами связи.

Одноволоконный 10G на 80 км: как это возможно?

Ситуация, когда у вас есть 70 или 80 километров оптического волокна, и при этом, оно всего одно случается довольно часто. Вопрос о том, как запустить передать по этому волокну поток данных со скоростью 10 гигабит в секунду задается нашей службе технической поддержки постоянно.

В это статье мы расскажем о разных способах, как работающих, так и "тупиковых".

Многие связисты, при попытке найти нужный модуль SFP+ или XFP, обнаруживают, что модули по технологии WDM (под одно волокно) могут быть для расстояний 20, 40 и 60 километров. И на этом модельный ряд просто заканчивается.

Первый способ, которым многие пытаются воспользоваться для передачи по более длинному волокну - это попробовать модуль на 60 километров.

Например:

MT-BP-32192-L6CD (Модуль SFP+ 10G WDM 1330/1270 60км)

MT-BP-23192-L6CD (Модуль SFP+ 10G WDM 1270/1330 60км)

Часто модули имеют параметры выше, чем необходимые для передачи на нужное расстояние, и многие полагают, что если оптическая линия имеет качественные сварные соединения и построена на хорошем волокне, то 60-километровые модули имеют все шансы заработать на линии длиной 80 километров.

Конечно, логическое зерно в этих рассуждениях есть, но, к сожалению, не в этом случае. Модули WDM 10G 60 километров имеют оптический бюджет (разницу между мощностью приемника и чувствительностью передатчика) равный 21дБ. Эти модули передают сигнал при помощи света с длиной волны 1270 и 1330 нанометров.

На этих волнах потери сигнала на каждом километре оптического волокна, даже у самого хорошего оптического кабеля, не могут быть меньше 0,3 децибел на один километр. Использую простую математику, получаем суммарное затухание линии длиной 80 километров равное 24 децибела. И это потери только в волокне, прибавьте сюда потери на сварных соединениях (не всегда идеальных), разъемных соединениях и изгибах внутри муфт.

Вывод: можно даже не пробовать. Ни на 70, а тем более, на 80 километров эти модули работать не будут. Их возможности ограничены 60 километрами, как и заявлено в наименовании товара.

Второй способ, который многие пробуют, использовать модули для двух волокон вместе со специальным устройством - оптическим циркулятором.

Этот метод уже можно назвать рабочим, хотя удачным решением его не назовешь. Действительно, модули 10G SFP+ и XFP для двух волокон уже могут передавать сигнал на расстояние 80 километров. Они работают со светом с длиной волны 1550 нанометров, для этого света в волокне наблюдается наименьшее затухание, которое обычно равно 0,23 децибела на километр.

Например:

MT-PP-55192-ZR (Модуль SFP+ 10G 1550 80км).

Оптический бюджет такого модуля не менее 23дБ, а расчетное затухание линии длиной 80 километров получится около 18дБ. Как вы видите, должен еще остаться запас прочности.

Специальное устройство, называемое "циркулятор", передает свет таким образом, что из оптического волокна свет поступает только на порт 3, который подключают к порту RX оптического модуля, а весь свет из порта 1, который подключают к порту TX оптического модуля, попадает в наше единственное волокно. Подробнее об этом устройстве можно почитать в нашем каталоге.

У многих наших партнеров такие линии работают, но при использовании этой связки оборудования возникают некоторые трудности.

Минусы этого решения:

1. Оптический циркулятор сам вносит потери в линию. Обычно они не превышают 1 децибела, но, в случае использования оборудования сомнительного происхождения, могут быть гораздо больше.

2. Оптический циркулятор может привести к формированию локальных колец в сети передачи данных. Мы часто встречались с ситуациями, когда у наших партнеров "загорался линк" на коммутаторе просто при подключении модуля к циркулятору, при этом сама оптическая линия вообще была отключена.

Эта особенность связана с тем, что оптический циркулятор не делает различия в природе проходящего через него света. При включении циркулятора только к трансиверу, когда его линейный порт не подключен и "висит в воздухе", от этого свободного конца происходит обратное отражение оптического сигнала (уровень обратного отражения от воздушной границы для UPC-разъема - около минус 14дБ). Этот отраженный сигнал приходит обратно в циркулятор и попадает через него на оптический приемник.

Этой ситуации можно избежать, собрав всю одноволоконную трассу на оптических разъемах с косой полировкой (APC). В этом случае уровень отраженного сигнала будет слишком мал для того, чтобы вызвать закольцовывание трафика. Однако, даже применение APC-разъемов не спасет от кольца в случае обрыва волокна вне кросса.

3. Система не может быть расширена. То есть, когда вам понадобится второй канал 10G на этой линии, вам придется удалять из системы и эти модули и циркуляторы и строить передачу на технологии CWDM или DWDM "с нуля". Хорошо, если у вас есть куда поставить это оборудование, иначе придется просто положить его "на полочку", а это зря потраченные деньги.

4. Высокая цена решения. Сам циркулятор стоит от 9 до 15 тысяч рублей, в зависимости от производителя, а на линию их нужно два.

Следующий способ, который мы уже можем порекомендовать читателю - это воспользоваться трансивером CWDM в сочетании с фильтром CWDM.

CWDM фильтр - это устройство, которое выделяет из оптического волокна только свет одной длины волны, а весь остальной свет оставляет нетронутым. Для создания системы передачи данных по одному оптическому волокну нам понадобятся два модуля CWDM SFP+ 10G с разными длинами волн передатчиков.

Например:

MT-CP-47192-08CD (Модуль CWDM SFP+ 10G 1470 80км)

MT-CP-49192-08CD (Модуль CWDM SFP+ 10G 1490 80км)

MT-CP-51192-08CD (Модуль CWDM SFP+ 10G 1510 80км)

MT-CP-53192-08CD (Модуль CWDM SFP+ 10G 1530 80км)

MT-CP-55192-08CD (Модуль CWDM SFP+ 10G 1550 80км)

MT-CP-57192-08CD (Модуль CWDM SFP+ 10G 1570 80км)

MT-CP-59192-08CD (Модуль CWDM SFP+ 10G 1590 80км)

MT-CP-61192-08CD (Модуль CWDM SFP+ 10G 1610 80км)

Выбираем любые два, главное, чтобы это два модуля были с передатчиками разных длин волн.

Также нам понадобятся два CWDM фильтра. Их нужно выбрать точно с такими длинами волн, которые вы предпочли у модулей.У этой системы масса преимуществ, а именно:

1. Низкое затухание CWDM фильтров.

2. Нет проблемы с обратными отражениями: CWDM-фильтр отсечет "чужую" длину волны от приемника.

3. Возможность установить вместо фильтра мультиплексор и нарастить систему дополнительными каналами 10G.

4. Низкая стоимость фильтров, от 2 до 5 тысяч рублей.

Последний способ заключается в установке DWDM модулей и DWDM фильтров.

Он ничем не отличается от предыдущего, просто основан на технологии DWDM, а не CWDM. Преимуществом этого способа является его большая масштабируемость. В перспективе одноволоконную трассу можно уплотнить до 20 каналов (сравните с четырьмя для CWDM решения); кроме этого DWDM-решение можно модернизировать и для более длинных волокон.

При этом надо учесть, что цена DWDM-решения для 10G практически не отличается от CWDM. Поэтому мы считаем это решение оптимальным и рекомендуем его своим клиентам.

О переходниках и конвертерах интерфейсов

Когда у сетевого инженера возникает потребность в каком-либо трансивере определенного интерфейса - особенно не очень распространенного, типа GBIC или XENPAK - невольно приходит мысль: а нет ли в природе какого-нибудь хитрого переходника? Переходники, конечно, существуют и даже лежат на складах торгующих компаний, но не с каждого на каждый интерфейс они могут существовать. Расскажем о каждом интерфейсе подробно.

GBIC и SFP.

Начнем с трансиверов со скоростью 1G. В этом случае проблемными будут ситуации, когда вам нужен специфический трансивер с интерфейсом GBIC, а его в наличии нет. Действительно, модули GBIC все реже и реже встречаются на рынке телекоммуникационного оборудования. С другой стороны, модули форм-фактора SFP есть всегда и в любых количествах.

GBIC и SFP

На картинке выше показано, что по высоте GBIC меньше, чем SFP. С другой стороны - SFP явно уже, что видно невооруженным глазом. Вывод: Прямых переходников между GBIC и SFP даже теоретически быть не может.

Если вы столкнулись с такой проблемой, то несколько дельных советов мы дать всё-таки можем. Возможно, у вашего оборудования  GBIC-порт  совмещен с обычным медным портом RJ-45. В этом случае мы рекомендуем подключить к порту RJ-45 медиаконвертер на SFP, например MT-8110G-SFP-AS. В него вы уже сможете установить любой модуль SFP, какой требуется в вашей ситуации.

Если GBIC-порт не имеет парного медного порта RJ-45, эту схему можно реализовать с помощью GBIC-модуля с медным оптическим выходом.

XENPAK и X2.

Разговор про трансиверы 10G куда более долгий, разнообразие интерфейсов тут куда больше. Наименее «ходовыми» являются модули XENPAK и X2. Это достаточно старые интерфейсы. В тот момент, когда их проектировали, размеры компонентов были больше, и о плотности компоновки думали меньше, чем сейчас. Модули XENPAK и X2  отличаются гораздо бОльшими габаритами, если сравнивать с SFP+ или с XFP.

К счастью, эти трансиверы превышают SFP+ и по длине, и по ширине, и по высоте. Это сделало возможным создать переходники X2-на-SFP+ и XENPAK-на-SFP+. Эти устройства довольно распространены, они есть на складах любой уважающей себя организации, торгующей трансиверами. В ассортименте Modultech они имеют артикулы MT-X2P-10 и MT-XKP-10.

Переходники X2 и XENPAK на SFP+

Вы просто устанавливаете переходник в порт X2 или XENPAK оборудования, и уже в сам переходник устанавливаете нужный вам модуль SFP+.

XFP и SFP+

Зная о существовании переходников с X2 и XENPAK, многие специалисты по сетям или сотрудники отрасли торговли пытаются найти где-нибудь переходник XFP-на-SFP+. Модули XFP достаточно популярны, но всё-таки менее распространены, чем SFP+. Некоторые модули XFP бывает сложно найти в наличии. Особенно это касается CWDM и DWDM решений.

Подобные вопросы-«time killer» специалисты практикуют постоянно, звонят по всем компаниям, у всех спрашивают, менеджеры по продажам бегут к своим техническим специалистам, спрашивают у них и так далее.

XFP и SFP+

Все это только большая потеря времени для всех участников процесса. Никакого переходника с SFP+ на XFP или обратно быть даже теоретически не может. XFP шире, чем SFP+, но он меньше по высоте и такой переходник сделать просто невозможно.

Что же делать на практике в тех случаях, когда по каким-то причинам нужно преобразовать сигнал из XFP-порта в SFP+ (или наоборот)? Например, у вас есть очень дорогой модуль DWDM на нужный вам канал, но он имеет интерфейс XFP, а ваш коммутатор имеет только порты SFP+. Естественно, вы уже обзвонили весь город и ни у кого из поставщиков нужного DWDM модуля на нужный канал и с нужным оптическим бюджетом нет. Это не удивительно, DWDM на складах встречается не так часто. Что делать?

В таких случая мы рекомендуем воспользоваться медиаконвертером-транспондером с переходом интерфейса c SFP+ на XFP. Его подробное описание можно найти на этой странице. Модуль XFP DWDM вы устанавливаете в этот конвертер, а с коммутатором его соединяете при помощи активного патч-корда SFP+ на SFP+.

Схема с переходом XFP-SFP

Вторая распространенная проблемная ситуация заключается в том, что у вас уже установлен коммутатор или маршрутизатор с портом XFP, вам срочно нужен какой-либо специфический модуль, например DWDM XFP ZR на 80 километров, а именно такого трансивера в наличии нигде нет, а нужен от срочно.

В это случае мы рекомендуем следующее решение. Вы можете приобрести трансиверы для многомодового кабеля XFP (MT-X-85192-SRC) и SFP+ (MT-PP-85192-SRC). Они прекрасно будут работать в паре. Также вы приобретаете медиаконвертер SFP+ на SFP+.

При помощи многомодовых модулей SFP+ и XFP вы соединяете конвертер и коммутатор, а во второй порт конвертера вы можете установить тот модуль SFP+, который требуется вам на линии.

А что с 40G?

Постепенно расширяется ассортимент установленного оборудования, поддерживающего 40G-соединения. Однако ассортимент трансиверов 40G довольно скуден и ограничен модулями для многомодового волокна и одномодовыми двухволоконными трансиверами со встроенными CWDM-мультиплексорами. Максимальное расстояние, которое можно преодолеть с помощью таких трансиверов - всего лишь 10км.

Что же делать, если стоит задача организовать соединение на большее расстояние или требуется преобразовать один тип QSFP в другой?

Для таких случаев мы можем предложить несколько вариантов.

1. Медиаконвертер-транспондер 40G.

Этот вариант хорош для установки на промежуточных узлах для регенерации и усиления сигнала, когда стоит задача передать сигнал 40G в пределах города.

2. Переходной кабель прямого соединения QSFP-4xSFP+ в сочетании с управляемым шасси медиаконвертеров.

Этот вариант открывает более широкие возможности организации связи - начиная от использования дальнобойных трансиверов SFP+ ZR по имеющимся свободным волокнам, и заканчивая передачей сигнала через DWDM-линию с усилением.

Заключение.

Как говорится, нет безвыходных ситуаций - есть ситуации, выход из которых неочевиден. Всегда можно применить или переходник или медиаконвертер. Эти два варианта могут решить задачу согласования того или иного модуля. Конечно, каждый медиаконвертер требует для себя электрического питания и дополнительных соединений, но - согласитесь - это не самая большая трудность в ситуации, когда ваша задача не имеет лучшего решения.

Что такое DDM?

В процессе эксплуатации оптических линий, несомненно, требуется иметь доступ к информации о состоянии канала связи. Как правило, оконечное оборудование (коммутаторы или маршрутизаторы) предоставляют статистику о количестве ошибок передачи, но эта статистика не позволяет предсказывать появление этих ошибок, ничего не может сказать о запасах физического уровня и не позволяет диагностировать причины появления ошибок передачи.  Существуют сложные системы непрерывного измерения параметров оптического сигнала, но зачастую они не могут быть внедрены в связи с высокой стоимостью.

Именно для этих случаев создана недорогая, хотя и не самая функциональная система, которая имеет несколько названий у разных производителей.

SFP-модуль с поддержкой DDM

У большинства производителей оборудования она называется DDM , что расшифровывается как Digital Diagnostic Monitoring. Некоторые компании используют другие, похожие наименования. Cisco Systems называет эту систему DOM (Digital Optical Monitoring). Компания Zyxel, HP и некоторые другие называют эту систему DDMI (Digital Diagnostic Monitoring Interface).

От названия ничего не меняется, под всеми этими именами скрывается одна и та же система контроля, которая у всех производителей работает одинаково. Модули SFP с DDM внешне ничем не отличаются от модулей без этой функции. Модули 10G (XENPAK, X2, SFP+ и XFP) сейчас без DDM не поставляются.

Основной документ, регламентирующий DDM, называется SFF-8472, его можно сказать тут.

Если рассказывать простыми словами, DDM представляет из себя набор простых датчиков для контроля ключевых параметров работы трансивера и систему передачи этих данных коммутатору.

Для нормальной работы функция DDM должна поддерживаться как коммутатором, так и трансивером. Если одним из этих устройств она не поддерживается, то ни о каком контроле при помощи DDM речи быть не может.

На скриншоте ниже панель web-управления управляемого шасси ModulTech. В нижней части таблицы как раз параметры, которое шасси получает от DDM.

Скриншот с показаниями DDM

Обратите внимание, что к DDM имеют отношение только четыре нижних значения. Остальные значения в таблице просто взяты из внутренней памяти модуля. Они есть всегда, вне зависимости от того, поддерживается ли функция DDM у трансивера или нет.

Функция DDM контролирует всего 5 параметров оптического трансивера.

Таблица показателей DDM

1. Температура.

2. Напряжение питания.

3. Ток смещения на передатчике.

4. Мощность оптического излучения на передатчике.

5. Мощность оптического излучения на приемнике.

Самый важный вопрос -  "какие значения считать нормальными, а какие - нет". Ответ на этот вопрос находится в спецификации на конкретную модель трансивера.

В ходе работы коммутатор проверяет параметры, и может генерировать событие "warning" или "alarm", что переводится как "предупреждение" и "тревога". Пороговые уровни, которые соответствуют этим сигналам, записаны в памяти трансивера. Коммутатор может сигнализировать администратору сети о неисправности в систему управления через протокол SNMP.

Таблица пороговых значений DDM

С температурой все понятно. Почти во всех моделях коммутаторов, которые поставляются на российский рынок, она измеряется в градусах по шкале Цельсия. Слишком высокая температура свидетельствует о какой-либо неисправности оптического модуля, системы вентиляции коммутатора или о высокой температуре в помещении, в котором находится оборудование.

Напряжение питания модуля SFP и SFP+ должно быть равно 3,3 вольта постоянного тока. Если этот параметр у вас не в порядке, это свидетельствует о неисправности в коммутаторе.

Ток смещения, пожалуй, самый неинформативный параметр. Конечно, его ненормальное значение свидетельствует о проблеме в трансивере, но на этом его информативность заканчивается. Обратите внимание, что в системе управления шасси для медиаконверторов ModulTech этот параметр просто не показывается.

Мощность сигнала на передатчике очень важна, чтобы определить, исправен ли трансивер. Этот параметр показывает, достаточной ли мощности сигнал излучается передатчиком. Измеряется в дБм (децибел-милливатт) или в мВт (милливатт).

Самый важный параметр, ради которого многие и смотрят в таблицы DDM - мощность на оптическом приемнике. Этот параметр показывает, насколько силен приходящий в трансивер сигнал. Измеряется в дБм (децибел-милливатт) или в мВт (милливаттах).

У реализации функции DDM в разных коммутаторах есть несколько особенностей, о которых нужно помнить.
Нужно помнить, что мощности могут быть вам показаны как в дБм, так и просто в милливаттах (микроваттах). Второй случай, конечно, неудобен, так как вы будете сравнивать эти мощности с номинальными параметрами трансиверов, которые все указываются в децибелах. Либо переключите настройки коммутатора, чтобы он показывал мощности в дБм, либо придется переводить по формуле:

Формула пересчета дБм - мВт.

Если значение мощности на приемнике больше, чем чувствительность приемника, то связь должна работать; если нет, то ищите проблемы в вашей линии или у передатчика на другом конце линии.

Особенно важна функция DDM при создании систем спектрального уплотнения CWDM и DWDM. Если вы покупаете модули SFP для такой системы, то очень рекомендуем купить те модули, которые поддерживают DDM. Уровни сигнала на разных длинах волн могут быть различными, DDM вам пригодится.

Использование модулей и оборудования с функцией DDM позволит, например, построить систему раннего предупреждения об ухудшении параметров оптической линии. Как правило, данные DDM можно получить с оборудования с помощью SNMP-запросов; а современные системы мониторинга (как открытые, так и фирменные) можно настроить на рассылку оповещений при выходе контролируемых параметров за границы допустимых значений. А благодаря таким оповещениям можно заранее предпринимать меры по устранению проблем, не дожидаясь по-настоящему аварийных ситуаций.

Приемники и передатчики SFP модулей. Часть 2.

В предыдущей статье - "Приемники и передатчики SFP модулей, часть 1" - мы рассмотрели простые передатчики для многомодового волокна (VCSEL) и для одномодового волокна (Фабри-Перо и лазеры с распределенной обратной связью - DFB).

Следующим типом лазеров, которые используются в оптических SFP, SFP+ и XFP модулях, являются лазеры EML.

EML-лазер представляет из себя лазер DFB, о которых мы рассказывали в предыдущей статье, дополненный EAM - электро-поглощающим модулятором. Именно эта связка позволяет генерировать световые пучки с высокой стабильностью длины волны и достаточно высокой мощности. Все устройства со скоростью 10G, предназначенные для передачи на дальность 80 километров имеют только EML лазеры.

Другого доступного по цене варианта для обеспечения связи на расстояния более 60 километров пока не придумали. Для таких систем передачи данных важна не только мощность излучения, но и его стабильность: ведь именно на таких скоростях и расстояниях дисперсия проявляется уже настолько сильно, что сигнал с плавающей длиной волны может стать плохо распознаваемым.

По технологии EML изготавливаются все лазеры для дальнобойных трансиверов, а также все лазеры для трансиверов CWDM и DWDM. Примером таких устройств в продуктовой линейке Modultech могут быть модели MT-DP-XX192-L8CD или MT-XD-xx192-08CD.

Дальнейшее развитие оптических передатчиков привело к одной из самых интересных конструкций - на основе интерферометра Макса-Цандера (MZ-interferometer). Особенностью таких приборов является переменная длина волны излучения. Использование трансиверов с передатчиками на базе MZ-интерферометров позволяет решить две важные задачи: сократить запасы ЗИП (запасных частей) и расширить возможности коммутации каналов в гибких DWDM-сетях с использованием так называемых "бесцветных" модулях ввода-вывода (colorless ROADM). Также их любят использовать в качестве инструмента тестирования технические специалисты при настройке сетей уплотнения. В настоящее время выпускаются XFP-модули с настраиваемой длиной волны (например, MT-XDF-TC192-08CD) и буквально недавно анонсированы устройства SFP+ (MT-DP-TC192-08CD).

Всё вышесказанное относится к устройствам для передачи данных в системах с прямым детектированием. Полезную нагрузку в этом случае несет непосредственно уровень оптической мощности - то есть используется амплитудная модуляция сигнала. Такие системы относительно просты в разработке и производстве, но они заметно подвержены хроматической дисперсии и требуют довольно большого соотношения "сигнал/шум" для поддержания нормального уровня ошибок.

В последние годы активно развиваются приемопередатчики, работающие по принципиально другой оптической схеме и реализующие фазовую модуляцию сигнала. Речь идет о так называемых "когерентных" системах передачи для скоростей 40Гбит/с на канал и выше (до 112 Гбит/с на один DWDM-канал шириной 50ГГц). Такие трансиверы имеют значительно лучшие характеристики по соотношению "сигнал/шум" и встроенные схемы компенсации хроматической дисперсии. Это позволяет строить современные дальнемагистральные системы передачи более простого дизайна и с более высокими показателями качества связи. Однако, в настоящее время когерентные трансиверы выпускаются только в виде компонентов для интеграции в специальные транспондеры. Изготовление таких устройств в виде типовых подключаемых модулей типа CFP пока находится на стадии тестирования и недоступно на рынке.

Мы уверены, что в ближайшее время нас ожидает еще много настоящих «революций» в области передачи данных при помощи световых волн, ведь в этой сфере есть много перспективных технологий. HDWDM, фазовая модуляция, компенсаторы дисперсии на основе решеток Брэга, планарные технологии получения пассивных устройств систем уплотнения уже существуют и работают на массовом рынке. В ближайшем будущем мы ждем появления доступных устройств коммутации на уровне оптических каналов, высокоскоростных трансиверов с поддержкой суперканалов и других интересных устройств для волоконно-оптических линий связи.

Приемники и передатчики SFP модулей. Часть 1.

В SFP модулях устанавливаются различные приемники и передатчики, названия которых вызывают у многих людей, работающих с этом оборудованием различные недоумения. Например, многие специалисты - особенно коммерческой сферы -  задаются вопросом: почему в паре модулей SFP WDM 20км один из модулей в два раза дороже второго. В этой статье мы ответим на этот вопрос.

Даже если вы вскроете корпус SFP-трансивера, то самих приемников и передатчиков внутри модуля вы не увидите. Они собраны в специальной устройство, которое называется BOSA, TOSA или ROSA.BOSA

TOSA - это transceiver optical sub-assembly
ROSA - receiver optical sub-assembly
BOSA - соответственно, bidirectional optical sub-assembly.

Переводится как: оптическая предсборка передатчики, приемника и двунаправленная оптическая предсборка. Предсборка, по сути, представляет из себя корпус с установленным внутри лазером, приемником или обоими сразу. Последний вариант предназначен для модулей WDM.

Начнем с того, какие бывают передатчики. Самый простой передатчик - это диодный лазер VCSEL, он используется для передачи в многомодовое волокно. Мощность такого передатчика невелика; у обычного модуля SFP для многомодового оптического волокна - например, у MT-P-8524-S5x(D) -  она составляет от -9 до -3 дБм. (Если вы плохо разбираетесь в том, что такое дБм, то рекомендуем прочесть нашу статью об этой единице измерения).

VCSEL диодные лазеры используются только для многомодового волокна, и в многомодовом волокне используются только VCSEL. Между ними можно ставить знак равенства.

Одна важная особенность, которую нужно рассказать о VCSEL - это ограничение возможной скорости. В настоящее время (2013 год) она ограничена 10 гигабитами в секунду. Есть лазеры со стабильной скоростью передачи в 25 Гб/c, но в промышленных масштабах они еще не производятся. С ассортименте многих производителей есть модули QSFP+ 40 гигабит в секунду для многомодового волокна, но они рассчитаны на использование четырех пар волокон.

MPO разъем

На фото показан как раз разъем для таких модулей. Он называется MPO.

VCSEL-лазер довольно прост. Это вертикально-излучающий лазер. Он представляет из себя полупроводниковую поверхность, которая излучает в перпендикулярном направлении фотоны света. Главным преимуществом этого типа лазера является простота его производства. Их производят массово, дешево и с минимальным процентом брака. На этом преимущества VCSEL заканчиваются. Для передачи в одномодовое волокно они не годятся - их излучение слишком нестабильно.

Теперь можно перейти к лазерам для одномодового оптического волокна. Самый просто лазер для одномода называется FP-лазер. FP расшифровывается как Fabry-Perot, он назван в честь двоих французских ученых - Чарльза Фабре и Альфреда Перо. Этот лазер несколько сложнее, чем VCSEL. В нем используется резонатор из двух параллельных зеркал, который дает «стоячую» волну с гораздо лучшими параметрами стабильности частоты.

Такие лазеры используются при передаче данных на небольшие расстояния. Ими снабжаются, к примеру, модули SFP WDM на 3 км (MT-PB-3524x-03C(D) и MT-PB-5324x-03C(D)) или «двухглазые» модули MT-P-3124-L2C(D) . Проблемой этих лазеров является их нестабильная работа при больших температурах. Стоит такому лазеру разогреться до 70 градусов - и хорошей связи можно не ждать. Кроме того, применяемый резонатор Фабре-Перо дает не слишком стабильное излучение, которое подвержено заметной дисперсии в волокне. На скоростях 10G и выше такие лазеры почти не применяются. Немногие модули SFP+ и XFP, которые имеют такие лазеры - это достаточно сомнительное решение с дальностью передачи 2км по одномодовому волокну.

Следующим лазером, который очень массово используется для передачи по одномодовому волокну - это лазеры DFB (distributed feedback laser), лазеры с распределенной обратной связью.

Такой лазер имеет периодическую решетку резонатора, дает гораздо более стабильное и мощное излучение чем FP лазеры. Он может давать излучение до +6 дБм. Такие лазеры используют в почти во всех модулях SFP, SFP+ и XFP на расстояниях от 10 километров на скоростях 1 Гбит/c и на расстояниях от 10 км до 40 км на скоростях 10 Гбит/с.

Лазеры DFB хорошо работают при высоких температурах, излучают стабильной сигнал, но на больших скоростях и дальней передаче не хватает стабильности даже таких лазеров. В этих случаях используются EML лазеры, но о них мы поговорим в следующей части нашего обзора.

Оптический бюджет. Мощность дБм.

Перед тем, как подробно поговорить о бюджете оптических модулей, мы расскажем о том, что такое дБм (децибел-милливатт) и о том, как мощность может измеряться в децибелах.

В нашей предыдущей статье "Что такое децибел" мы рассказали об этой безразмерной единице измерения, которая показывает разницу между величинами.

Но ситуация, когда мощность излучения измеряется в ваттах, а затухания и усиления измеряются в децибелах, не очень удобна. Сложно сравнивать оптические бюджеты оптических линий и параметры передатчиков и приемников оборудования.

Измерение оптической мощности в дБм

Чтобы было удобно производить расчеты, используется специальная единица измерения, называемая дБм (децибел-милливатт).

Это очень простая единица измерения, она показывает, во сколько раз измеряемая мощность больше или меньше 1 милливатта. Покажем это в таблицах:

Мощность выражена в дБм

Мощность выражена в мВт

 

0 дБм

1 милливатт

Мощность равна 1 милливатту

3 дБм

2 милливатта

Мощность в 2 раза больше 1 милливатта

7 дБм

5 милливатт

Мощность в 5 раз больше 1 милливатта

10 дБм

10 милливатт

Мощность в 10 раз больше 1 милливатта

17 дБм

50 милливатт

Мощность в 50 раз больше 1 милливатта

20 дБм

100 милливатт

Мощность в 100 раз больше 1 милливатта

27 дБм

500 милливатт

Мощность в 500 раз больше 1 милливатта

30 дБм

1000 милливатт

Мощность в 1000 раз больше 1 милливатта

Как вы увидели, ничего страшного в этой единице измерения нет, все просто. Прелесть децибела по сравнению с милливаттами - в замене умножения и деления на сложение и вычитания (в тех случаях, когда надо умножать или делить). Таких случаев много, поэтому измерение в децибелах часто удобно. К примеру, если сигнал мощностью 10 дБм был ослаблен на 4 дБ, то его мощность будет равна 6 дБм.

Однако, есть расчеты, при которых уровни энергии надо именно складывать, а не умножать. Например, для расчета суммарной мощности группового сигнала на выходе мультиплексора нужно складывать уровни входящих сигналов, выраженных в милливаттах.

В случае, когда мощность сигнала меньше 1 милливатта, величина в децибелах будет отрицательной:

Мощность выражена в дБм

Мощность выражена в мВт

 

0 дБм

1 милливатт

Мощность равна 1 милливатту

-3 дБм

0,5 милливатта

Мощность в 2 раза меньше 1 милливатта

-7 дБм

0,2 милливатт

Мощность в 5 раз меньше 1 милливатта

-10 дБм

0,1 милливатт

Мощность в 10 раз меньше 1 милливатта

-17 дБм

0,02 милливатт (20 микроватт)

Мощность в 50 раз меньше 1 милливатта

-20 дБм

0,01 милливатт (10 микроватт)

Мощность в 100 раз меньше 1 милливатта

-27 дБм

0,002 милливатт (2 микроватта)

Мощность в 500 раз меньше 1 милливатта

-30 дБм

0,001 милливатт (1 микроватт)

Мощность в 1000 раз меньше 1 милливатта

Обращаем ваше внимание - отрицательное значение мощности в децибелах не означает, что сама мощность отрицательна. Отрицательные децибелы означают, что измеряемый сигнал меньше опорного.

Чтобы показать, как удобно пользоваться децибел-милливаттом, мы решим простую задачу в дБм и в разах.

Условия:

 

Оптический сигнал мощностью 7,4 дБм подан в линию, которая вносит затухание в 4,8 дБ. Определите, может ли уверенно работать линия связи с чувствительностью приемника 1,4 дБм?

Условия:

 

Оптический сигнал мощностью 5,5 мВт подан в линию, которая вносит затухание в 3 раза. Определите, может ли уверенно работать линия связи с чувствительностью приемника 1,5 мВт?

Решение:

 

7,4 (мощность) - 4,8 (затухание) = 2,6 (выходная мощность)

 

Так как выходная мощность 2,6 дБм больше чем чувствительность 1,4 дБм то работать будет.

Решение:

 

5,5 / 3 = ........ не хочется лезть за калькулятором, проще было с дБм посчитать в уме.

Как вы видите, считать мощности в децибел-милливаттах проще и удобнее, в большинстве случаев простые задачи можно решить в уме. В сложных задачах удобство заключается в том, что операции сложения и вычитания не дают большого количества знаков после запятой, а в операциях деления они возникают постоянно, это неудобно.

С сфере оптических линиях связи все мощности указываются в дБм. Теперь мы готовы рассказать, что такое оптический бюджет модуля.

Оптический бюджет - это величина затухания в линии, при которой сигнал еще достаточно мощный, чтобы приемник модуля мог его принять без ошибок.

Бюджет оптического модуля = мощности передатчика - чувствительность приемника.

Обе эти величины можно легко найти в спецификациях на оборудование. Например, на странице, модуля MT-PP-55192-ZR есть подробная спецификация. Приведем вырезки из нее.

Спецификация оптического передатчика

Как вы видите, мощность передатчика этого модуля может варьироваться от 0 до +4 дБм. Любой модуль MT-PP-55192-ZR на заводе признается годным, если результат измерения находится в этих пределах.

Если мощность модуля ниже, к примеру -1 или -2 дБм, то такой модуль ModulTech бракуется, этикетка ModulTech на такой модуль не наклеивается. Мы очень надеемся, что такой модуль не попадает на российский рынок под каким-либо другим брендом, хотя в нашей практике были случаи, которые наводят на такие мысли.

Спецификация оптического приемника

Чувствительность приемника также указана в спецификации. Для этого модуля она равна -24 дБм.В результате:

Гарантированный бюджет модуля = 0 (мощность передатчика) - (-24) (чувствительность приемника) = 24 дБ.

Если ваша оптическая линия имеет общее затухание менее 24 дБ, то работать модуль MT-PP-55192-ZR на такой линии будет. Если затухание линии имеет затухание более 24дБ, то этот модуль на такой линии может не заработать или работать с ошибками.

Как и в нашей предыдущей статье, мы приведем таблицу бюджетов разных трансиверов, чтобы читатель смог получить общее представления об этом параметре.

Трансивер 1G

Бюджет трансивера в дБ

Предельное затухание сигнала (разы)

MT-P-5524-L4 (40 км)

16

40

MT-P-5524-L8 (80 км)

24

250

MT-PB-4524L-12CD и MT-PB-5424L-12CD (120 км)

28

630

MT-P-5524-16CD (160 км)

35,5

3550

Трансивер 10G

Бюджет трансивера в дБ

Предельное затухание сигнала (разы)

MT-PP-31192-LRC (10 км)

11

12,6

MT-PP-55192-ERC (40 км)

15

31,6

MT-PP-55192-ZR (80 км)

23

200

При измерении чувствительности модуля есть еще несколько нюансов:

Чувствительность 10Г модулей зависит от скорости передачи: для STM-64 (9.9Гбит/с) она больше, для 10GBase-ZR (10.3Гбит/с) она меньше. Чувствительность модуля измеряется при определенном допустимом уровне ошибок (обычно - 10-12)). Если допускается больший уровень ошибок (например, если за трансивером стоит FEC-декодер), то чувствительность модуля будет на несколько децибел больше. Это допущение на жаргоне называется FEC Coding Gain.

Итак, мы рассказали об измерении мощности в децибел-милливаттах и о том, что такое оптический бюджет трансивера. С помощью этой статьи теперь вы сможете лучше понимать таинственные цифры спецификаций и правильно выбирать трансиверы для своих линий связи.

 

Что такое децибел. Оптические линии связи.

Вопросом "что такое децибел?" задаются многие люди, которые работают с оптическими линиями связи. Многие менеджеры по закупкам и продажам, финансовые и исполнительные директора и маркетологи далеки от теории оптической связи. В этой статье мы кратко расскажем о том, почему эта единица измерения обрела большую популярность, что она означает и как с ней работать.

Если вы спросите своих друзей и знакомых: "что такое децибел?", то, скорее всего, услышите ответы, связанные со звуком. Они ответят, что это мощность звука или сила звука. Эти ответы недалеки от истины, но на самом деле децибел - это безразмерная величина.

Децибел показывает, во сколько раз что-то одно больше или меньше чего-то другого. К примеру, если у вас в кармане находится 1000 рублей, а у вашего коллеги 10, то можно сказать, что у вас в 100 раз больше денег, а можно сказать что у вас на 20 децибел больше денег. Оба высказывания верны.

В оптических линиях связи децибел неразрывно связан с мощностью оптического излучения.

Мы не будем приводить формулу, так как большинство читателей не станут в ней разбираться. Мы приведем таблицу, по которой вы сможете быстро сориентироваться.

Отличие, крат

1

2

5

10

50

100

500

1000

дБ

0

3

7

10

17

20

27

30

 

В верхнем ряду указано, во сколько раз одна величина больше другой, а в нижнем ряду вы сможете найти, какое значение в децибелах соответствует этой разнице.

Чтобы было понятнее, приведем некоторые примеры, касающиеся оптических линий связи.

На оптических разъемах сигнал теряется, нормой для оптического разъема считается величина потерь 0,2 децибела. В “разах” это равно 1,047, то есть оптический разъем дает потери до 4,7%

  1. Бюджет оптического трансивера MT-P-3124-L2C равен 17 децибелам. В “разах” это равно 50. То есть свет, который пройдет линию, может быть ослаблен в 50 раз и модуль нормально его воспримет.

Многие читатели зададутся вопросом, почему нельзя измерять все в “разах” или в натуральных величинах (единицах мощности), и зачем городить децибелы? Впечатление, что децибел неудобен - ошибочно, на самом деле именно децибелами чаще всего пользоваться гораздо удобнее.

Мы продемонстрируем это на практике. Решим одну и ту же задачу, касающуюся оптических линий связи, двумя способами.

Задача:

Оптическая линия связи длиной 3 километра "оконцована" в оптический кросс. Потери в оптическом волокне не превышают 0,25 дБ на километр, разъемы имеют потери до 0,2 дБ, потери на изгибах и сварках не превышают 0,3 дБ в каждом кроссе.

Оптическая линия связи длиной 3 километра "оконцована" в оптический кросс. Потери в оптическом волокне не превышают 6% на километр, разъемы имеют потери до 5%, потери на изгибах и сварках не превышают 7% в каждом кроссе.

 

Решение:

Общее затухание линии = 3 Х 0,25 (0,25 дБ на каждый километр) + 4 Х 0,2 (всего в линии 4 разъема) + 2 Х 0,3 (0,3 дБ в каждом кроссе)

Ответ: 2,15 децибела, мы посчитали в уме, даже без калькулятора.

Решение:

Общее затухание линии = 1,063 + 1,054 + 1,072

Мы даже считать не будем, мы голосуем за децибел.

Самым главным преимуществом использования децибелов является то, что их можно складывать и вычитать. Если на линии последовательно стоят элементы, вносящие затухание или усиление, их параметры можно просто сложить или вычесть между собой, не используя операции умножения или возведения в степень.

Какие же  величины затуханий и бюджетов (о бюджете оптического модуля мы поговорим в одной из наших следующих статей) являются типичными для оборудования Modultech?

Трансивер 1G

Бюджет трансивера в дБ

Предельное затухание сигнала (разы)

MT-P-5524-L4 (40 км)

16

40

MT-P-5524-L8 (80 км)

24

250

MT-PB-4524L-12CD и MT-PB-5424L-12CD (120 км)

28

630

MT-P-5524-16CD (160 км)

35,5

3550

Трансивер 10G

Бюджет трансивера в дБ

Предельное затухание сигнала (разы)

MT-PP-31192-LRC (10 км)

11

12,6

MT-PP-55192-ERC (40 км)

15

31,6

MT-PP-55192-ZR (80 км)

23

200

В следующей таблице мы покажем, какие значения затухания являются типичными для разных элементов оптических линий связи.

Элемент

Типичное затухание

Оптическое волокно, свет длиной волны 1550нм

Не более 0,25 дБ в одном километре

Оптическое волокно, свет длиной волны 1310нм

Не более 0,35 дБ в одном километре

Оптический разъем

Не более 0,2 дБ

Сварное соединение оптических волокон

Не более 0,1 дБ

Вернемся к звуку. Многим читателям непонятно: если в децибелах измеряется отношение величин друг к другу, то каким образом эта величина может определять мощность звука?

На самом деле, имеется в виду не мощность звука, а звуковое давление - амплитуда звуковой волны. Существует понятие “порога слышимости”. Этот порог равен 20 мкПа (микропаскаля), и он принят как опорное значение для сравнения. В децибелах выражается отличие звукового давления от опорного. То есть, звук с уровнем 20 дБ в 100 раз громче звукового порога; звук с уровнем 30 дБ - соответственно, в 1000 раз громче.

Измерение физических величин в децибелах по отношению к заранее определенному уровню применяется очень часто. Так, в оптических линиях связи для выражения абсолютных значений используют дБм (децибел-милливатт). Эта величина показывает, во сколько раз наш сигнал больше или меньше эталонного сигнала мощностью 1мВт.

В радиотехнике и в сетях кабельного телевидения часто используется дБмкВ (децибел-микровольт). Эта величина используется для выражения электрического напряжения по сравнению с опорной величиной в 1мкВ.

Надеемся, что наш рассказ облегчит понимание основных технических характеристик устройств оптоволоконной сети, и слово "децибел" станет немножко ближе.

Скоро мы расскажем, что такое оптический бюджет и что нужно иметь в виду при выборе оптоэлектронного оборудования.

Монтаж и запуск компактной DWDM-системы на базе Modultech MT-EW-2U

В ходе традиционной процедуры предпродажного тестирования оборудования Modultech появилась возможность провести живой тест компактной DWDM-платформы MT-EW-2U.

Напомню, что эта платформа выполнена по принципу "всё в одном": в одном корпусе высотой 2U может быть полностью смонтирован DWDM-узел на 16 каналов до 10Гбит/с. Возможна комплектация активными транспондерами с коррекцией ошибок или использование "цветных" сигналов от DWDM-трансиверов.

Modultech MT-EW-2U DWDM platform

В нашей конфигурации использовалась упрощенная комплектация без транспондеров и с внешними компенсаторами дисперсии волоконного типа, хотя платформа позволяет использовать встроенные компактные компенсаторы на основе решеток Брэгга.

Платформа MT-EW в двухъюнитовом исполнении может использоваться как для оконечного узла, так и для транзитного.
Конструктивно платформа состоит из двух независимых оптических подсистем на восемь каналов каждая; режим работы определяется выбором комплектующих модулей и схемой коммутации.

В нашем тесте мы запустим девять каналов 10Гбит/с через двухволоконную трассу длиной 120км. Качество связи проверим bit-error rate тестером (BERT).

Описание общих условий.

Для трассы 120км будет использоваться следующая схема:

DWDM 120km scheme

В качестве оконечного оборудования будет использован коммутатор Ethernet Eltex MES-3124F с 24 портами SFP 1GbE и четырьмя портами SFP+ 10GbE, укомплектованный оптическими трансиверами DWDM SFP+ на 80км Modultech MT-DP-xx192-08CD.

Требования к оптическим сигналам в такой системе будут определяться характеристиками оптических трансиверов и условиями минимизации нелинейных эффектов в оптическом волокне. Их краткая сводка приведена в таблице:

 

Условие

Критерий

Уровень выходного сигнала оптического трансивера

От 0 до +5дБм, не регулируется.

Уровень сигнала на входе оптического трансивера

От -20 до -8дБм.

Уровень сигнала в одном DWDM-канале после усилителя мощности

Не более +8дБм

Соотношение сигнал/шум на входе оптического трансивера

Лучше, чем 25дБ

Общая мощность группового сигнала после усилителя мощности

Не более +17дБм

При настройке многоканальной системы следует учитывать следующие факторы:

  • - Затухание сигнала на оптическом мультиплексоре (участок оптического тракта от выхода с трансивера до входа в усилитель мощности) может составлять до 7дБ и сильно зависит от чистоты оптических соединений
  • - Коэффициент усиления усилителя мощности регулируется в диапазоне 12-17дБ, предусилителя - в диапазоне 20-30дБ.
  • - Для повышения соотношения сигнал/шум желательно запускать в трассу максимально возможный уровень сигнала в одном DWDM-канале При этом следует придерживаться ограничения в +8дБм/канал, иначе высока вероятность получения нелинейных искажений сигнала. При необходимости уменьшения уровня сигнала на входе в линию следует применять аттенюатор.
  • - Регулировками на приемной стороне соотношение сигнал/шум улучшается крайне незначительно, по сравнению с регулировками на передающей стороне.
  • - Оптические усилители имеют режим насыщения на уровне около +17дБм суммарной мощности выходного группового сигнала. Это влияет на уровни сигнала в одном DWDM-канале при увеличении числа одновременно передающихся каналов. Фактически в режиме насыщения усилителя коэффициент усиления зависит от количества передаваемых каналов и меньше номинально установленного. Справочные значения уровней группового сигнала в зависимости от уровня сигнала в одном канале и количества каналов приведены в таблице:
  • Каналов/

    мощность в канале

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    9

    10

    11

    12

    13

    14

    15

    16

    -25

    -25

    -21,99

    -20,23

    -18,98

    -18,01

    -17,22

    -16,55

    -15,97

    -15,46

    -15

    -14,59

    -14,21

    -13,86

    -13,54

    -13,24

    -12,96

    -24

    -24

    -20,99

    -19,23

    -17,98

    -17,01

    -16,22

    -15,55

    -14,97

    -14,46

    -14

    -13,59

    -13,21

    -12,86

    -12,54

    -12,24

    -11,96

    -23

    -23

    -19,99

    -18,23

    -16,98

    -16,01

    -15,22

    -14,55

    -13,97

    -13,46

    -13

    -12,59

    -12,21

    -11,86

    -11,54

    -11,24

    -10,96

    -22

    -22

    -18,99

    -17,23

    -15,98

    -15,01

    -14,22

    -13,55

    -12,97

    -12,46

    -12

    -11,59

    -11,21

    -10,86

    -10,54

    -10,24

    -9,96

    -21

    -21

    -17,99

    -16,23

    -14,98

    -14,01

    -13,22

    -12,55

    -11,97

    -11,46

    -11

    -10,59

    -10,21

    -9,86

    -9,54

    -9,24

    -8,96

    -20

    -20

    -16,99

    -15,23

    -13,98

    -13,01

    -12,22

    -11,55

    -10,97

    -10,46

    -10

    -9,59

    -9,21

    -8,86

    -8,54

    -8,24

    -7,96

    -19

    -19

    -15,99

    -14,23

    -12,98

    -12,01

    -11,22

    -10,55

    -9,97

    -9,46

    -9

    -8,59

    -8,21

    -7,86

    -7,54

    -7,24

    -6,96

    -18

    -18

    -14,99

    -13,23

    -11,98

    -11,01

    -10,22

    -9,55

    -8,97

    -8,46

    -8

    -7,59

    -7,21

    -6,86

    -6,54

    -6,24

    -5,96

    -17

    -17

    -13,99

    -12,23

    -10,98

    -10,01

    -9,22

    -8,55

    -7,97

    -7,46

    -7

    -6,59

    -6,21

    -5,86

    -5,54

    -5,24

    -4,96

    -16

    -16

    -12,99

    -11,23

    -9,98

    -9,01

    -8,22

    -7,55

    -6,97

    -6,46

    -6

    -5,59

    -5,21

    -4,86

    -4,54

    -4,24

    -3,96

    -15

    -15

    -11,99

    -10,23

    -8,98

    -8,01

    -7,22

    -6,55

    -5,97

    -5,46

    -5

    -4,59

    -4,21

    -3,86

    -3,54

    -3,24

    -2,96

    -14

    -14

    -10,99

    -9,23

    -7,98

    -7,01

    -6,22

    -5,55

    -4,97

    -4,46

    -4

    -3,59

    -3,21

    -2,86

    -2,54

    -2,24

    -1,96

    -13

    -13

    -9,99

    -8,23

    -6,98

    -6,01

    -5,22

    -4,55

    -3,97

    -3,46

    -3

    -2,59

    -2,21

    -1,86

    -1,54

    -1,24

    -0,96

    -12

    -12

    -8,99

    -7,23

    -5,98

    -5,01

    -4,22

    -3,55

    -2,97

    -2,46

    -2

    -1,59

    -1,21

    -0,86

    -0,54

    -0,24

    0,04

    -11

    -11

    -7,99

    -6,23

    -4,98

    -4,01

    -3,22

    -2,55

    -1,97

    -1,46

    -1

    -0,59

    -0,21

    0,14

    0,46

    0,76

    1,04

    -10

    -10

    -6,99

    -5,23

    -3,98

    -3,01

    -2,22

    -1,55

    -0,97

    -0,46

    0

    0,41

    0,79

    1,14

    1,46

    1,76

    2,04

    -9

    -9

    -5,99

    -4,23

    -2,98

    -2,01

    -1,22

    -0,55

    0,03

    0,54

    1

    1,41

    1,79

    2,14

    2,46

    2,76

    3,04

    -8

    -8

    -4,99

    -3,23

    -1,98

    -1,01

    -0,22

    0,45

    1,03

    1,54

    2

    2,41

    2,79

    3,14

    3,46

    3,76

    4,04

    -7

    -7

    -3,99

    -2,23

    -0,98

    -0,01

    0,78

    1,45

    2,03

    2,54

    3

    3,41

    3,79

    4,14

    4,46

    4,76

    5,04

    -6

    -6

    -2,99

    -1,23

    0,02

    0,99

    1,78

    2,45

    3,03

    3,54

    4

    4,41

    4,79

    5,14

    5,46

    5,76

    6,04

    -5

    -5

    -1,99

    -0,23

    1,02

    1,99

    2,78

    3,45

    4,03

    4,54

    5

    5,41

    5,79

    6,14

    6,46

    6,76

    7,04

    -4

    -4

    -0,99

    0,77

    2,02

    2,99

    3,78

    4,45

    5,03

    5,54

    6

    6,41

    6,79

    7,14

    7,46

    7,76

    8,04

    -3

    -3

    0,01

    1,77

    3,02

    3,99

    4,78

    5,45

    6,03

    6,54

    7

    7,41

    7,79

    8,14

    8,46

    8,76

    9,04

    -2

    -2

    1,01

    2,77

    4,02

    4,99

    5,78

    6,45

    7,03

    7,54

    8

    8,41

    8,79

    9,14

    9,46

    9,76

    10,04

    -1

    -1

    2,01

    3,77

    5,02

    5,99

    6,78

    7,45

    8,03

    8,54

    9

    9,41

    9,79

    10,14

    10,46

    10,76

    11,04

    0

    0

    3,01

    4,77

    6,02

    6,99

    7,78

    8,45

    9,03

    9,54

    10

    10,41

    10,79

    11,14

    11,46

    11,76

    12,04

    1

    1

    4,01

    5,77

    7,02

    7,99

    8,78

    9,45

    10,03

    10,54

    11

    11,41

    11,79

    12,14

    12,46

    12,76

    13,04

    2

    2

    5,01

    6,77

    8,02

    8,99

    9,78

    10,45

    11,03

    11,54

    12

    12,41

    12,79

    13,14

    13,46

    13,76

    14,04

    3

    3

    6,01

    7,77

    9,02

    9,99

    10,78

    11,45

    12,03

    12,54

    13

    13,41

    13,79

    14,14

    14,46

    14,76

    15,04

    4

    4

    7,01

    8,77

    10,02

    10,99

    11,78

    12,45

    13,03

    13,54

    14

    14,41

    14,79

    15,14

    15,46

    15,76

    16,04

    5

    5

    8,01

    9,77

    11,02

    11,99

    12,78

    13,45

    14,03

    14,54

    15

    15,41

    15,79

    16,14

    16,46

    16,76

    17,04

    6

    6

    9,01

    10,77

    12,02

    12,99

    13,78

    14,45

    15,03

    15,54

    16

    16,41

    16,79

    17,14

    17,46

    17,76

    18,04

    7

    7

    10,01

    11,77

    13,02

    13,99

    14,78

    15,45

    16,03

    16,54

    17

    17,41

    17,79

    18,14

    18,46

    18,76

    19,04

    8

    8

    11,01

    12,77

    14,02

    14,99

    15,78

    16,45

    17,03

    17,54

    18

    18,41

    18,79

    19,14

    19,46

    19,76

    20,04

    9

    9

    12,01

    13,77

    15,02

    15,99

    16,78

    17,45

    18,03

    18,54

    19

    19,41

    19,79

    20,14

    20,46

    20,76

    21,04

Монтаж стенда

Для проверки системы смонтируем тестовый стенд:

В тесте будут использованы следующие компоненты:

 

Наименование

Количество

Шасси компактной DWDM-платформы MT-EW-2U с двумя блоками питания 220В переменного тока

2

Модуль восьмиканального двухволоконного оптического мультиплексора DWDM для компактной платформы MT-EW-D8

 

2

Модуль оптического усилителя мощности (booster EDFA) для компактной платформы MT-EW-OAB17

2

Модуль оптического предусилителя (pre-EDFA) для компактной платформы MT-EW-OAP17

2

Модуль оптического клиентского адаптера для компактной платформы MT-EW-MOA

8

Компенсатор дисперсии 60км, MT-DCM-60

2

Оптический DWDM-трансивер 10G SFP+ Modultech MT-DP-xx192-08CD, каналы 20-28

18

Оптоволокно G.652 в катушках по 20км

12

Измеритель оптической мощности

1

Оптический спектроанализатор DWDM-диапазона

1

Сборка системы не вызывает лишних вопросов. Все оптические порты DWDM-системы оконцованы в розетки типа LC/UPC, компенсаторы дисперсии имеют порты типа SC/UPC. Основная часть монтажа выполняется дуплексными патчкордами, оптимальная длина - 30см. Маркировка "TX", "RX", "IN", OUT" на платформе обозначает направление передачи сигнала относительно самой системы: через порты "RX" или "IN" оптический сигнал входит в платформу, через порты "TX" или "OUT" оптический сигнал выходит из платформы.

Оптические соединения для групповых сигналов выполняются согласно следующей таблице:

 

Откуда

Куда

Примечание

MUX/DMUX OUT

Booster EDFA IN

Общий выход мультиплексора подключается к входу усилителя мощности

Booster EDFA OUT

Вход в линию

 

MUX/DMUX OSC OUT

Booster EDFA OSC

Выход оптического сервисного канала

Выход из линии

Pre-EDFA IN

 

Pre-EDFA OUT

DCM IN

Усиленный сигнал на приеме передается на компенсатор дисперсии

Pre-EDFA OSC

MUX/DMUX OSC IN

Вход оптического сервисного канала

DCM OUT

MUX/DMUX IN

Сигнал после компенсатора дисперсии передается на демультиплексор

Каналы передачи данных подключаются к сервисным картам ввода-вывода. В данной конфигурации использованы простые карты оптических адаптеров, которые представляют собой просто выводы оптических каналов мультиплексора для подключения внешних "цветных" сигналов.

Каждый мультиплексор в платформе обслуживает до восьми каналов, попарно выведенных на разъемы сервисных карт, каждая сервисная карта обслуживает до двух клиентских каналов связи. При необходимости подключения большего количества каналов мультиплексоры каскадируются через выделенные upgrade-порты.

Распределение частот (длин волн) отдельных каналов связи по слотам сервисных карт статическое и полностью определяется оптической схемой установленного мультиплексора. В данной системе распределение таково:

Подключение клиентских каналов лучше проводить в два этапа: сначала подключить передающие порты, выровнять уровни оптических сигналов согласно описанным в первом разделе критериям и только после этого подключать приемные порты трансиверов. Такая последовательность обезопасит оптические приемники от перегрузки и облегчит настройку системы.
После подключения передатчиков необходимо с помощью спектроанализатора проверить равномерность уровней в групповом сигнале и соответствие их общим условиям. При первоначальном монтаже спектроанализатор подключается напрямую к линии, общему выходу мультиплексора или усилителя. При настройке работающей системы необходимо пользоваться портами мониторинга ("TAP") оптических усилителей.

В представленной системе сигнал в порт мониторинга передается с ослаблением на 13.6дБ (5%).

В нашем случае на общем выходе мультиплексора получилась такая спектрограмма:


Рекомендуется сохранять в архивах спектрограммы, полученные в контрольных точках системы как при запуске системы в эксплуатацию, так и при изменении конфигурации (добавлении, исключении каналов, расширении системы и т.п.).

Настройка и проверка системы

После того, как все необходимые соединения выполнены и проведена базовая настройка оптического тракта, необходимо проверить качество передачи трафика.

Для этого лучше всего использовать специальные BER-тестеры, позволяющие быстро оценить надежность передачи простых битовых последовательностей.

Настройку системы лучше всего начинать с конфигурации, в которой все усилители отрегулированы на минимально возможные уровни усиления и имеется запас в несколько децибел до насыщения усилителей. При необходимости такой запас можно сделать, включив аттенюатор между выходом мультиплексора и входом усилителя мощности.

Последовательно подключая битовый тестер к разным каналам, нужно убедиться в отсутствии ошибок передачи.

При выявление ошибок на отдельном канале нужно:

- проверить уровни сигналов и оптический спектр на оптических приемниках. К ошибкам может приводить как слишком слабый, так и слишком сильный сигнал на фотоприемнике. Соотношение сигнал/шум должно быть лучше 25дБ.

- очистить оптические розетки и коннекторы передатчиков и приемников сбойного канала.

При выявлении слишком слабого сигнала на входе оптического приемника и отсутствия результата после чистки соединений следует прибегнуть к регулировкам оптического усиления. При этом следует иметь в виду, что регулировки усилителей влияют сразу на все оптические каналы, после регулировки необходимо проверить работоспособность других каналов связи.

Если ошибки выявляются на большинстве включенных каналов, следует обратить внимание на возможные нелинейные эффекты в оптоволокне и достаточность соотношения сигнал/шум в каналах. Надо помнить, что регулировка на передающей стороне более эффективна, чем на приемной.

Одной из возможных причин неустойчивой связи для 10Гбит/с линий является нескомпенсированная хроматическая дисперсия. В рассматриваемой конфигурации используются компенсаторы дисперсии на 60км стандартного волокна G.652 и трансиверы с устойчивостью до 80км, таким образом при длине линии в 120км на входе трансиверов уровень нескомпенсированной дисперсии будет порядка 60км. Несмотря на достаточный запас в 20км, дисперсия может приводить к неустойчивой связи. В этом случае рекомендуется включить компенсатор дисперсии с большим номиналом.

 Итоги.

При настройке данной системы и включении девяти одновременных каналов положительный результат (то есть отсутствие ошибок на всех каналах) был достигнут после исключения аттенюаторов и минимальных значениях усиления в настройках:

192.168.0.179:> sh int 1/15/1 edfa
<Interface EDFA 1/15/1>
Admin : Enable
Alias Name :
Gain : 12.0
        Service Status : IS                                      
Alarm : NoDetect
            InputPower :    6.5 dBm                              
OutputPower : 18.6 dBm
ModuleTemperature : 31.7 C
OpCurrent : 352.1 mA
OpPower : 214.2 mW
ChipTemperature : 25.0 C
CoolingCurrent : 115.5 mA
         Serial Number : 990647                                  
Type : BA
              
192.168.0.179:> sh int 1/16/1 edfa
<Interface EDFA 1/16/1>
Admin : Enable
Alias Name :
Gain : 20.0
        Service Status : IS                                      
Alarm : NoDetect
            InputPower :   -4.8 dBm                              
OutputPower : 15.2 dBm
ModuleTemperature : 29.0 C
OpCurrent : 162.1 mA
OpPower : 109.3 mW
ChipTemperature : 25.0 C
CoolingCurrent : 58.0 mA
         Serial Number : 990651                                  
Type : PA

Как следует из отчета о состоянии усилителя мощности, он работает в режиме насыщения (выходная мощность - +18дБм), что приведет к уменьшению уровней сигнала в каждом канале при включении дополнительных каналов. Это не должно привести к деградации сервиса, так как уровень сигналов на выходе из системы составляет около -9дБм во всех каналах, что с большим запасом перекрывает чувствительность SFP+-модуля.

При эксплуатации системы необходимо непрерывно отслеживать с помощью систем мониторинга качество передачи сигнала (наличие и количество ошибок на трансиверах) совместно с уровнями оптического сигнала на усилителях и трансиверах. Результаты такого мониторинга существенно облегчит решение инцидентов, отслеживание качества предоставляемого сервиса и дальнейшее расширение системы.

Описание системы управления и мониторинга - тема отдельной статьи, за которой - надеюсь - дело не встанет.

Мониторинг и управление в простых сетях DWDM

Постановка цели: чем и зачем будем управлять?

DWDM-системы могут занимать разное место в сетях операторов связи, но в любом случае они представляют важный участок сетевой инфраструктуры. Как правило, с помощью DWDM передаются большие объемы трафика на значительные расстояния, и выход из строя такой линии нанесет серьезный удар по сетевому здоровью её хозяина.

Поэтому при проектировании и запуске DWDM-системы необходимо решить задачу мониторинга и, при необходимости, управлении её параметрами.

Как правило, комплексные DWDM-системы (такие, как интегрированная минисистема Modultech MT-EW) могут быть поставлены в комплексе со специализированной системой управления, полностью охватывающей все её элементы.

В случае использования решения на отдельных компонентах задачу мониторинга нужно решать самостоятельно при внедрении.

Рассмотрим типовую схему простой DWDM-сети.

Simple DWDM scheme

В такой сети для мониторинга могут использоваться практически все применяемые компоненты.

Доступные средства управления в различных узлах DWDM-системы

1. Оптический трансивер или транспондер (медиаконвертер).

Как правило, в сетях DWDM используются оптические трансиверы и транспондеры с функцией цифрового диагностического мониторинга (DDM). Кроме этого, порт подключения трансивера и транспондер обрабатывает полезный передаваемый сигнал - следовательно, в этой точке мы имеем возможность измерять показатели качества линии связи непосредственно.

Ниже в таблице приведены параметры, доступные для мониторинга со стороны трансивера или транспондера.

Параметр

Комментарий

Счетчики переданных и переданных байт и пакетов данных

Эти параметры показывают полезную нагрузку в данном оптическом канале. Обычно для мониторинга используется производная величина - скорость передачи данных (байт/с и пакетов/с).

Счетчики нескорректированных ошибок данных

Превышение уровня нескорректированных ошибок выше расчетного уровня (обычно 10-12 для сетей Ethernet) - первый сигнал тревоги. Для нормально работающей линии связи общее число ошибок обычно крайне незначительно. Рост уровня нескорректированных ошибок - это повод для тщательной проверки всей линии передачи данных.

Счетчики скорректированных ошибок (для трансиверов и транспондеров с коррекцией ошибок)

Эти параметры показывают эффективность работы системы коррекции ошибок. По нему также можно оценить эксплуатационный запас линии связи и - в случае роста этого показателя - предупредить появление нескорректированных ошибок передачи.

Уровень передаваемой оптической мощности и уровень принимаемой оптической мощности

Эти параметры, в отличие от счетчиков на интерфейсе, относятся уже к усредненным параметрам оптического сигнала и могут использоваться для диагностики соединения в качестве вторичного (по отношению к счетчикам) параметра и для предсказания будущих неисправностей. Так, например, понижение уровня передаваемого и принимаемого сигнала может свидетельствовать как о деградации трансиверов, так и о проблемах на волоконно-оптической линии. Корреляция этих параметров и их наблюдение в течение долгого времени может более точно указать на причины происходящего. Падение уровня принимаемого сигнала, несмотря на постоянный уровень передающегося сигнала, говорит о проблемах на линии. Если же падает уровень передающегося сигнала - это свидетельство деградации трансивера.

Температура модуля, напряжение питания

Эти параметры характеризуют окружающую среду, в которых работают трансиверы. Зачастую появление ошибок связано не с выходом из строя приемопередатчиков или проблемами на волокне, а перегревом модулей из-за плохой вентиляции на узле связи.

Так же как и уровни передаваемой/принимаемой мощности, изменение температуры модуля может сигнализировать о скором появлении ошибок или выходе модуля из строя.

Для управления трансивером или транспондером, как правило, доступна только одна команда - на включение или выключение сигнала.

2. Мультиплексор

Мультиплексор DWDM - это пассивное устройство, объединяющее и разделяющее сигналы на разных длинах волн из общего группового сигнала. Мультиплексоры могут изготавливаться на основе тонкопленочных фильтров (TFF) либо с использованием массива волноводных решеток (AWG). Как правило, мультиплексоры на волноводных решетках содержат в себе схему электронной термостабилизации; в то время как мультиплексоры на фильтрах - полностью пассивные элементы.

Кроме выполнения своей основной функции, мультиплексоры могут быть оснащены переменными аттенюаторами (VOA) на выходах «цветных» каналов, а также фотодетекторами на каналах и выходах групповых сигналах.

Аттенюаторы предназначены для выравнивания спектра группового сигнала. Фотодетекторы используются для контроля оптической мощности сигнала в каналах и на общем входе/выходе.

Как правило, эти опции (переменные аттенюаторы и фотодетекторы) применяются на многоканальных (40-48 каналов) мультиплексорах для систем высокой плотности.

Подводя итоги, можно сформулировать следующие параметры контроля для мультиплексоров:

Параметр

Комментарий

Температура массива волноводов (для AWG-мультиплексора)

Параметр, показывающий состояние массива волноводов. При выходе температуры за пределы рабочего диапазона мультиплексор AWG перестанет корректно выполнять свою функцию, поэтому наблюдение за этим параметром необходимо постоянно.

Состояние источников питания (для AWG-мультиплексора)

Вспомогательный параметр, может быть использован для контроля за состоянием резервных источников питания и за состоянием блоков питания собственно мультиплексора.

Текущее затухание переменных аттенюаторов (для мультиплексора с VOA)

Управляемый параметр, используемый при настройке линии для выравнивания спектра группового сигнала. В ходе нормальной работы системы контроль за этими параметрами, как правило, не нужен. Однако, желательно иметь архив значений этого параметра, установленных после пусконаладки - этот архив может пригодиться при изменении конфигурации системы.

Текущее значение оптической мощности в каналах и в групповом сигнале

В какой-то мере эти параметры дублируют параметры, доступные для чтения с интерфейсов DDM оптических трансиверов или с интерфейса управления усилителя. Однако, если мультиплексор оснащен функцией мониторинга мощности оптических сигналов, эти параметры могут служить для дополнительного контроля.

3. Оптический усилитель

Оптический усилитель - сложное оптическое устройство, обладающее большим набором параметров для мониторинга и управления.

Среди основных параметров, важных в небольших DWDM-сетях, следует выделить следующие:

Параметр

Комментарии

Климатические и электрические параметры (температура устройства и состояние источников питания)

Общие параметры, описывающие условия работы усилителя. Информация о состоянии источников питания может использоваться как для контроля внешней системы энергоснабжения, так и для контроля работоспособности встроенных блоков питания усилителя.

Уровень оптической мощности на входе усилителя, на его промежуточном выходе и входе, на общем выходе усилителя

Основные параметры, описывающие текущий режим работы усилителя. Их необходимо контролировать непрерывно; колебания этих уровней может свидетельствовать о проблемах в волоконно-оптическом соединении или в других компонентах системы.

Коэффициенты усиления или установленные значения выходной оптической мощности

Основные параметры, задающие режим работы усилителя. Как правило, изменение этих параметров необходимо при пусконаладке системы и при изменении конфигурации линии.

4. Компенсатор дисперсии

Компенсатор дисперсии - это полностью пассивный элемент, не требующий электропитания и выполняющий простую функцию. Поэтому, как правило, он не оснащается средствами мониторинга и не содержит органов управления. Только в сложных комплексных системах компенсатор дисперсии оснащается элементами мониторинга уровня сигнала на входе и выходе, но эти системы выходят за рамки темы нашей статьи.

Пример мониторинга EDFA-усилителей Modultech с помощью Cacti

Как правило, простые DWDM-системы применяются для расширения возможностей уже существующих сетей связи. Один из широко применяющихся продуктов для мониторинга сетей передачи данных - это открытая система SNMP-мониторинга Cacti (www.cacti.net). Эта система имеет все необходимые средства для организации мониторинга параметров DWDM-системы, а с помощью plug-in'а thold эта система может выдавать предупреждения и тревожные сигналы при выходе параметров DWDM-узлов за пределы рабочего диапазона.

В качестве примера возьмем усилитель мощности Modultech MT-EADB-26-18-19LC/APC-220, с функцией SNMP-мониторинга.Регистрация этого устройства в Cacti не вызывает проблем: используя шаблон устройства «Generic SNMP-enabled Host» указываем необходимые параметры (IP-адрес, SNMP community и желаемую периодичность опроса):

EDFA host in Cacti

После этого в разделе «Data Sources» вводим три основных параметра для мониторинга: температуру устройства, входную и выходную мощности. В качестве шаблона для источника данных выбираем «SNMP - Generic OID Template», подставляя необходимые OID в качестве параметров. OID для используемой версии Firmware усилителя приведены в таблице:

Параметр

OID

EDFA output power

1.3.6.1.4.1.5591.1.11.1.3.1.1.4.1.4.3

Optical input power

1.3.6.1.4.1.5591.1.11.1.3.1.1.2.1.2.2

Temperature

1.3.6.1.4.1.5591.1.3.1.13.0

После чего подадим на вход усилителя тестовый сигнал в диапазоне 1550нм и поставим на несколько часов для наблюдения.В результате можем наблюдать такую картину:

EDFA Input power

EDFA Output power

EDFA Temperature

Мощность сигнала устройство выдает в десятых долях децибела - с этим фактом связан масштаб отсчетов данных по вертикальной оси соответствующих графиков. На ночь мониторинг отключался, поэтому в графиках наблюдаются пропуски; но - несмотря на них - общие тенденции видны: как уровень сигнала на приеме, так и уровень выходного сигнала держится стабильно, колебания не наблюдаются. Температура ночью снижается из-за уменьшения нагрузки на оборудование в лаборатории.

Провалы в уровне выходного сигнала (в левой части графика) связаны с ручным отключением лазера накачки усилителя; на графике температуры видно связанное с этим «похолодание» устройства.

OTN - это не только FEC

В описании систем спектрального уплотнения часто можно встретить выражение «Поддерживает FEC».  На первый взгляд данное выражение – не особо нуждается в дополнительных разъяснениях – «поддержка FEC» означает, что при передаче данных применяются алгоритмы коррекции ошибок. Которые позволяют добиться возможности передавать данные на большее расстояние. Однако, если внимательнее приглядеться, что же стоит за этим термином, то возникнут вопросы. Каким образом реализуется FEC? Насколько совместимо оборудование различных производителей? Какие еще функции могут реализовывать подобные устройства?

Тут необходимо вспомнить историю возникновения и развития технологии спектрального уплотнения.
В свое время, в связи со взрывным ростом потребности в объемах передачи данных по магистральным каналам встал вопрос о необходимости увеличения пропускной способности линий связи. Для решения этой задачи наиболее широкое распространение получила технология спектрального уплотнения. Основным преимуществом данной технологии было отсутствие необходимости замены установленного оборудования транспортных сетей. Оборудование DWDM «надстраивалось» над существующей инфраструктурой систем передачи. При этом, это оборудование было мультисервисным – т.е. в одном физическом волокне могли сосуществовать не только сигналы SDH/SONET разных уровней, но и сигналы других протоколов, например все более набирающая популярность технология Ethernet. С точки зрения существующего оборудования, каждая длина волны была видна как отдельная и независимая от других среда передачи.

Однако, по мере строительства и эксплуатации сетей передачи данных на базе технологии DWDM, были выявлены определенные системные проблемы. Имеет смысл рассмотреть их по отдельности.

 

1. «Накопление» шумов.

При передаче сигнала в оптическом волокне его мощность падает за счет рассеяния. Для восстановления уровня сигнала можно использовать оптические усилители. Однако, оптические усилители усиливают не только полезный сигнал, но и попадающие на вход шумы. Поэтому, при передаче сигнала на значительные расстояния, даже при использовании усилителей, соотношение сигнал/шум непрерывно ухудшается и, в какой-то момент, количество вызванных шумами ошибок становится неприемлимым (рис.1)[1].


Рис.1  Зависимость OSNR от количества пролетов Nspan для STM-64,
Pch.out = 3дБм, αs = 22дБ, NFASE =6.5 дБ
 

Казалось бы, поскольку уровень собственных шумов в волокне является величиной постоянной, естественным решением проблемы было бы увеличение уровня полезного сигнала. Однако, при увеличении мощности в волокне выше определенного порога, резко начинают расти вносимые нелинейные искажения. В случае передачи сигнала в системах со спектральным уплотнением, ситуация усугубляется тем, что данное ограничение распространяется на групповой сигнал в целом и, таким образом, максимальный уровень индивидуального сигнала существенно ограничивается. Кроме того, при повышении мощности индивидуального сигнала возрастают также и межканальные помехи. При этом, реализовать механизмы повышения помехоустойчивости соединения на уровне транспортной сети не представляется возможным, так как исходный сигнал узлами не обрабатывается, а передается «как есть»

 

2. Управление и мониторинг.

Основной ранее применявшейся на транспортных сетях технологией была технология SDH/SONET. Поэтому рассмотрим, для примера, схему системы передачи именно на ее базе (рис.2)

Рис.2  Схема системы передачи на базе технологии SDH/SONET.
 
Сигнал передается между терминальными мультиплексорами TM1 и TM2, на Add-Drop мультиплексоре ADM производится ввод-вывод части потоков. При этом, в каждой из точек 1-8 производится оптико-электрическое преобразование. Далее, производится разборка контейнера SDH/SONET. Это позволяет использовать поля служебной информации SDH/SONET для передачи служебной информации управления. Таким образом, все узлы сети SDH оказываются подключены к единому каналу управления.
Еще одна возможность, которую дает обработка сигнала на узлах – контроль не только физических параметров сигнала (уровень), но и его логической структуры – т.е. ошибок передачи.
Теперь рассмотрим схему аналогичной линии передачи на базе технологии WDM (рис.3)


Рис. 3. Схема линии передачи на базе технологии WDM
 

В отличие от предыдущего случая, на узлах не производится оптико-электрическое преобразование и оптический сигнал «как есть» проходит через мультиплексоры. Поэтому, использовать сигнал для передачи управляющей информации не представляется возможным. Для решения этой проблемы используют так называемый «оптический сервисный канал», OSC – выделенную длину волны, предназначенную исключительно для передачи информации управления по сети DWDM. Хотя это решает проблему управления сетью, однако удорожает решение и, к тому же, увеличивает мощность группового сигнала.
Вторая проблема, которая возникает при передаче информации по сети DWDM – это контроль сигнала. Если при помощи дополнительных схемотехнических решений можно организовать контроль физических параметров, то контроль качества собственно передачи информации осуществить невозможно, т.к. сам сигнал на узлах не обрабатывается.

 

3. Мультиплексирование сигналов

По мере развития технологии, скорости передачи данных в транспортных сетях непрерывно растут. Однако, даже после появления источников высокоскоростных сигналов, низкоскоростные сигналы продолжают использоваться ранее установленным оборудованием в течение достаточно длительного времени. Поэтому, транспортные сети должны обеспечивать возможность передачи как высокоскоростных сигналов, так и низкоскоростных. Передача низкоскоростных сигналов по транспортной сети приводит к тому, что ее пропускная способность используется неэффективно.
В рамках технологии SDH/SONET данная проблема решается мультиплексированием – объединением нескольких низкоскоростных сигналов в один высокоскоростной.
При передачи же сигнала по сети DWDM, подобная оптимизация использования ресурса сети невозможна, т.к. сигнал передается «как есть». Таким образом, эффективность использования существующей пропускной способности сети снижается.




Для решения указанных проблем была разработана технология оптических транспортных сетей/оптическая транспортная иерархия (OTN/OTH). Технология OTN/OTH основана на том, что исходный сигнал структурируется и к нему добавляется дополнительная служебная информация. 
Данная технология стандартизована Международным союзом электросвязи в стандартах ITU G.872/G709. Стандарт определяет:
- Иерархию сигналов в сети OTN
- Функции дополнительной информации, передаваемой по сети OTN
- Структуру кадра, скорости и форматы для передачи различных типов пользовательской информации

Физическая структура сети определяется следующими терминами (Рис 4.):
- Оптическая транспортная секция (OTS)
Участок сети, на котором происходит передача сигнала без его физического изменения (мультиплексирования, усиления или регенерации). В русской литературе для OTS принят термин Элементарный кабельный участок (ЭКУ)
- Оптическая секция мультиплексирования (OMS)
Участок сети, на котором оптический сигнал передается без преобразования в электрический или другой оптический (мультиплексирования или регенерации)
- Оптический канал (OCh)
Одиночный канал (длина волны) в пределах секции мультиплексирования.

При этом необходимо иметь ввиду, что, в случае наличия Add-Drop мультиплексоров – для разных оптических каналов секции мультиплексирования могут быть различными. Обычно, секция мультиплексирования представляет собой участок между двумя мультиплексорами, в которых производится ввод-вывод оптического канала. Однако,  важным моментом является то, что в случае наличия в тракте регенераторов (3R, OEO преобразователей) – секция мультиплексирования ограничивается ими.

Рис 4. Иерархия сети OTN.

 


Рассмотрим теперь иерархию сигналов, передаваемых поверх OTN и функции, исполняемые на каждом уровне (рис 5.).

Рис 5. Иерархия уровней OTN
 


Нижним уровнем иерархии является Optical payload unit (OPU).
OPU передается из конца в конец всего тракта передачи сигнала, т.е. между терминальными мультиплексорами. Служебная информация OPU выполняет две функции:
– определение типа передаваемого сигнала (поле PSI). Специальное значение байта 0 PSI 20h показывает, что OPU содержит мультиплексированный сигнал (несколько ODU более низкого уровня), а байты 2-17 в этом случае определяют тип и номер каждого потока в мультиплексе.
- передача сигнала синхронизации в случае, если передаваемый сигнал – асинхронный (поле JC)
Таким образом, уровень OPU решает задачу инкапсулирования полезного сигнала в сигнал OTN и задачу мультиплексирования сигналов.

Следующим уровнем иерархии является Optical Data Unit (ODU)
ODU также передается из конца в конец тракта, однако ее функции связаны не с самим сигналом, как таковым, а с реализацией задач управления и мониторинга всего тракта передачи сигнала между конечными узлами. ODU выполняет следующие функции:
- передача в обратном направлении аварийных сообщений (PM)
- передача служебной информации при прохождении тракта по сетям различных операторов (поля TCMi, TCMACT)
- передача информации об обнаруженных ошибках и предполагаемом месте их расположения (поле FTFL)
- передача служебной информации  из конца в конец тракта (поля GCC1/GCC2)
- передача информации о переключении основного и служебного каналов на резервный путь (вложенные поля APS/PCC)
Таким образом, уровень ODU решает задачи мониторинга и управления тракта передачи в целом, из конца в конец.

Верхним уровнем иерархии является Optical Transpot Unit (OTU).
В отличие от двух предыдущих уровней, информация на уровне OTU передается только в рамках секции мультиплексирования.
Уровень OTU выполняет следующие функции:
- framing, т.е. разбивка сигнала на кадры и мультикадры (поля FAS/MFAS)
- передачу обратного сигнала об обнаруженных в пределах секции мультиплексирования ошибках (SM)
- передача служебной информации в пределах секции мультиплексирования(поле GCC0)
- передача информации, необходимой для коррекции ошибок (FEC)

Таким образом, помимо общеизвестной функции коррекции ошибок, использование OTN позволяет на уровне транспортной сети решить следующие важнейшие задачи эксплуатации и техобслуживания линий передачи данных на базе технологии DWDM:
- организовать мониторинг не только физических параметров сигнала, но и его структуры и ошибок передачи данных;
- организовать передачу информации об ошибках и месте их возникновения;
- реализовать механизм переключения тракта на резервный при обнаружении ошибок;
- организовать передачу служебной информации и информации управления без использования выделенного оптического сервисного канала.

Вышесказанное означает, что DWDM как технология транспортных сетей, сохраняя все свои достоинства,  приобретает также и все возможности технологии SDH/SONET в части управляемости, уменьшения стоимости эксплуатации и совместимости оборудования различных производителей.


[1] Михаил Григорьевич Бородихин
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ СЕТИ WDM ПРИ СТАТИЧЕСКОМ ВАРИАНТЕ ТРАФИКА
СибГУТИб 2009

Тестирование производительности 10G оптических серверных адаптеров MT-SA-Nx10G-82599

Тестирование оптических серверных адаптеров MT-SA-Nx10G-82599 производилось с целью:
•    Определения совместимости серверных адаптеров с аппаратным обеспечением
•    Определения совместимости серверных адаптеров со стандартным программным обеспечением
•    Определение производительности серверных адаптеров

В качестве аппаратной платформы для тестирования использовались сервера HP DL 360G5 со следующими характеристиками:
•    Тип процессора: Intel(R) Xeon(R) 5110  @ 1.60GHz
•    Количество процессоров: 2
•    Объем оперативной памяти: 4Gb

Сервера соединялись напрямую при помощи активного патчкорда MT-PP-C192-03C


В качестве программного обеспечения использовалась операционная система Oracle Linux 6 (86_x64)
Использовались следующие программы и утилиты:
•    lspci – вывод информации о PCI шинах и подключенных устройствах
•    lsmod – вывод информации о загруженных модулях kernel
•    modinfo ixgbe – вывод информации о драйвере Intel
•    ethtool – команда для управления сетевыми адаптерами
•    iperf – утилита для тестирования сетевых соединений
•    top – команда для выводе информации о процессах и потребляемых ими ресурсах

Совместимость с аппаратным обеспечением

Однопортовый адаптер MT-SA-1x10G-82599

Установился легко и без проблем

#lspci определяет адаптер как:
Ethernet controller: Intel Corporation Device 1557 (rev 01)

Двухпортовый адаптер MT-SA-2x10G-82599

Установился с усилием.

Причина - положение разъемов для SFP. Для установки пришлось слегка подогнуть верхнюю планку окна.

# lspci определяет адаптер как:
13:00.0 Ethernet controller: Intel Corporation 82599EB 10-Gigabit SFI/SFP+ Network Connection (rev 01)
13:00.1 Ethernet controller: Intel Corporation 82599EB 10-Gigabit SFI/SFP+ Network Connection (rev 01)

Таким образом, сетевые адаптеры MT-SA-Nx10G-82599 полностью совместимы с аппаратным обеспечением серверов.

Совместимость с программным обеспечением:

Однопортовый адаптер MT-SA-1x10G-82599:

Адаптер определяется стандартным драйвером Intel. Все утилиты работают с адаптером в штатном режиме.

#lsmod
ixgbe                 200237  0
dca                     7116  1 ixgbe
mdio                    4698  1 ixgbe

# modinfo ixgbe
filename:       /lib/modules/2.6.39-200.24.1.el6uek.x86_64/kernel/drivers/net/ixgbe/ixgbe.ko
version:        3.6.7-k
license:        GPL
description:    Intel(R) 10 Gigabit PCI Express Network Driver
author:         Intel Corporation, <linux.nics@intel.com>
srcversion:     780FD4AF454545ABE4FCE06
alias:          pci:v00008086d0000154Asv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d00001557sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d0000154Fsv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d0000154Dsv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d00001528sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010F8sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d0000151Csv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d00001529sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d0000152Asv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010F9sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d00001514sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d00001507sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010FBsv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d00001517sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010FCsv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010F7sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d00001508sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010DBsv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010F4sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010E1sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010F1sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010ECsv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010DDsv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d0000150Bsv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010C8sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010C7sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010C6sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010B6sv*sd*bc*sc*i*
depends:        mdio,dca
vermagic:       2.6.39-200.24.1.el6uek.x86_64 SMP mod_unload modversions
parm:           max_vfs:Maximum number of virtual functions to allocate per physical function (uint)
parm:           allow_unsupported_sfp:Allow unsupported and untested SFP+ modules on 82599-based adapters (uint)

без подключения (без SFP и кабеля):

# ethtool eth0
Settings for eth0:
        Supported ports: [ FIBRE ]
        Supported link modes:   10000baseT/Full
        Supports auto-negotiation: No
        Advertised link modes:  10000baseT/Full
        Advertised pause frame use: No
        Advertised auto-negotiation: No
        Speed: Unknown!
        Duplex: Unknown! (255)
        Port: Other
        PHYAD: 0
        Transceiver: external
        Auto-negotiation: off
        Supports Wake-on: d
        Wake-on: d
        Current message level: 0x00000007 (7)
        Link detected: no



Двухпортовый адаптер MT-SA-2x10G-82599

Адаптер также определяется стандартным драйвером Intel. Все утилиты работают с адаптером в штатном режиме.

# lspci
13:00.0 Ethernet controller: Intel Corporation 82599EB 10-Gigabit SFI/SFP+ Network Connection (rev 01)
13:00.1 Ethernet controller: Intel Corporation 82599EB 10-Gigabit SFI/SFP+ Network Connection (rev 01)
# lsmod
ixgbe                 200237  0
dca                     7116  1 ixgbe
mdio                    4698  1 ixgbe

# modinfo ixgbe
filename:       /lib/modules/2.6.39-200.24.1.el6uek.x86_64/kernel/drivers/net/ixgbe/ixgbe.ko
version:        3.6.7-k
license:        GPL
description:    Intel(R) 10 Gigabit PCI Express Network Driver
author:         Intel Corporation, <linux.nics@intel.com>
srcversion:     780FD4AF454545ABE4FCE06
alias:          pci:v00008086d0000154Asv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d00001557sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d0000154Fsv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d0000154Dsv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d00001528sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010F8sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d0000151Csv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d00001529sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d0000152Asv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010F9sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d00001514sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d00001507sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010FBsv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d00001517sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010FCsv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010F7sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d00001508sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010DBsv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010F4sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010E1sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010F1sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010ECsv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010DDsv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d0000150Bsv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010C8sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010C7sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010C6sv*sd*bc*sc*i*
alias:          pci:v00008086d000010B6sv*sd*bc*sc*i*
depends:        mdio,dca
vermagic:       2.6.39-200.24.1.el6uek.x86_64 SMP mod_unload modversions
parm:           max_vfs:Maximum number of virtual functions to allocate per physical function (uint)
parm:           allow_unsupported_sfp:Allow unsupported and untested SFP+ modules on 82599-based adapters (uint)

без подключения (без SFP и кабеля):


# ethtool eth2
Settings for eth2:
        Supported ports: [ FIBRE ]
        Supported link modes:   10000baseT/Full
        Supports auto-negotiation: No
        Advertised link modes:  10000baseT/Full
        Advertised pause frame use: No
        Advertised auto-negotiation: No
        Speed: Unknown!
        Duplex: Unknown! (255)
        Port: Other
        PHYAD: 0
        Transceiver: external
        Auto-negotiation: off
        Supports Wake-on: d
        Wake-on: d
        Current message level: 0x00000007 (7)
        Link detected: no

# ethtool eth3
Settings for eth3:
        Supported ports: [ FIBRE ]
        Supported link modes:   10000baseT/Full
        Supports auto-negotiation: No
        Advertised link modes:  10000baseT/Full
        Advertised pause frame use: No
        Advertised auto-negotiation: No
        Speed: Unknown!
        Duplex: Unknown! (255)
        Port: Other
        PHYAD: 0
        Transceiver: external
        Auto-negotiation: off
        Supports Wake-on: d
        Wake-on: d
        Current message level: 0x00000007 (7)
        Link detected: no

Таким образом, сетевые адаптеры MT-SA-Nx10G-82599 полностью совместимы со стандартным программным обеспечением серверов.

 Подключение интерфейсов (только физическое соединение)

Однопортовый адаптер MT-SA-1x10G-82599:

# ethtool eth0
Settings for eth0:
        Supported ports: [ FIBRE ]
        Supported link modes:   10000baseT/Full
        Supports auto-negotiation: No
        Advertised link modes:  10000baseT/Full
        Advertised pause frame use: No
        Advertised auto-negotiation: No
        Speed: 10000Mb/s
        Duplex: Full
        Port: Other
        PHYAD: 0
        Transceiver: external
        Auto-negotiation: off
        Supports Wake-on: d
        Wake-on: d
        Current message level: 0x00000007 (7)
        Link detected: no



Двухпортовый адаптер MT-SA-2x10G-82599


# ethtool eth3
Settings for eth3:
        Supported ports: [ FIBRE ]
        Supported link modes:   10000baseT/Full
        Supports auto-negotiation: No
        Advertised link modes:  10000baseT/Full
        Advertised pause frame use: No
        Advertised auto-negotiation: No
        Speed: 10000Mb/s
        Duplex: Full
        Port: Other
        PHYAD: 0
        Transceiver: external
        Auto-negotiation: off
        Supports Wake-on: d
        Wake-on: d
        Current message level: 0x00000007 (7)
        Link detected: no



Подключение интерфейсов (ethtool)

Однопортовый адаптер MT-SA-1x10G-82599:

# ethtool eth0
Settings for eth0:
        Supported ports: [ FIBRE ]
        Supported link modes:   10000baseT/Full
        Supports auto-negotiation: No
        Advertised link modes:  10000baseT/Full
        Advertised pause frame use: No
        Advertised auto-negotiation: No
        Speed: 10000Mb/s
        Duplex: Full
        Port: Other
        PHYAD: 0
        Transceiver: external
        Auto-negotiation: off
        Supports Wake-on: d
        Wake-on: d
        Current message level: 0x00000007 (7)
        Link detected: no

# ethtool -t eth0
The test result is PASS
The test extra info:
Register test  (offline)         0
Eeprom test    (offline)         0
Interrupt test (offline)         0
Loopback test  (offline)         0
Link test   (on/offline)         0

# ethtool -i eth0
driver: ixgbe
version: 3.6.7-k
firmware-version: 0x8000034a
bus-info: 0000:13:00.0


Двухпортовый адаптер MT-SA-2x10G-82599


# ethtool eth3
Settings for eth3:
        Supported ports: [ FIBRE ]
        Supported link modes:   10000baseT/Full
        Supports auto-negotiation: No
        Advertised link modes:  10000baseT/Full
        Advertised pause frame use: No
        Advertised auto-negotiation: No
        Speed: 10000Mb/s
        Duplex: Full
        Port: Other
        PHYAD: 0
        Transceiver: external
        Auto-negotiation: off
        Supports Wake-on: d
        Wake-on: d
        Current message level: 0x00000007 (7)
        Link detected: no

# ethtool -t eth3
The test result is PASS
The test extra info:
Register test  (offline)         0
Eeprom test    (offline)         0
Interrupt test (offline)         0
Loopback test  (offline)         0
Link test   (on/offline)         0

# ethtool -i eth2
driver: ixgbe
version: 3.6.7-k
firmware-version: 0x80000345
bus-info: 0000:13:00.1
# ethtool -i eth3
driver: ixgbe
version: 3.6.7-k
firmware-version: 0x80000345
bus-info: 0000:13:00.0

Таким образом, интерфейсы распознаются и подключаются успешно.

Тестирование скорости передачи данных.

Тестирование проводилось программой ipref. При этом замерялась скорость передачи данных на передающей и на принимающей сторонах. Поскольку на скорость передачи оказывала влияния не только производительность платы, но и производительность сервера, были проведены три теста – с одним, с двумя и тремя запущенными клиентами ipref.

Тест 1
одно приложение на сервере
одно приложение на клиенте
==========================================
Запущено клиентов = 1
1)сторона сервера
ipref
[root@localhost yum.repos.d]# iperf -s -p 80
------------------------------------------------------------
Server listening on TCP port 80
TCP window size: 85.3 KByte (default)
------------------------------------------------------------
[  4] local 192.168.199.1 port 80 connected with 192.168.199.2 port 58040
[ ID] Interval       Transfer     Bandwidth
[  4]  0.0-30.0 sec  18.2 GBytes  5.21 Gbits/sec

eth0      Link encap:Ethernet  HWaddr 04:00:A8:00:10:D3
          inet addr:192.168.199.1  Bcast:192.168.199.255  Mask:255.255.255.0
          inet6 addr: fe80::600:a8ff:fe00:10d3/64 Scope:Link
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:16460390 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:13653180 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000
          RX bytes:440245396142 (410.0 GiB)  TX bytes:901672385 (859.9 MiB)

нагрузка CPU (top)
top - 12:44:57 up 19 days, 18:14,  2 users,  load average: 0.00, 0.01, 0.05
Tasks: 100 total,   1 running,  99 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
Cpu(s):  0.3%us, 10.5%sy,  0.0%ni, 89.1%id,  0.0%wa,  0.0%hi,  0.1%si,  0.0%st
Mem:   4053096k total,   893244k used,  3159852k free,   157148k buffers
Swap:  4063228k total,        0k used,  4063228k free,   504152k cached

  PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND
11743 root      20   0  165m 3020  824 S 61.8  0.1   0:17.08 iperf

2)сторона клиента
ipref
[root@localhost iperf-2.0.4]# iperf -c 192.168.199.1 -p 80 -t 30
------------------------------------------------------------
Client connecting to 192.168.199.1, TCP port 80
TCP window size: 16.0 KByte (default)
------------------------------------------------------------
[  3] local 192.168.199.2 port 58040 connected with 192.168.199.1 port 80
[ ID] Interval       Transfer     Bandwidth
[  3]  0.0-30.0 sec  18.2 GBytes  5.21 Gbits/sec
[root@localhost iperf-2.0.4]#

eth3      Link encap:Ethernet  HWaddr 04:00:A8:00:01:DA
          inet addr:192.168.199.2  Bcast:192.168.199.255  Mask:255.255.255.0
          inet6 addr: fe80::600:a8ff:fe00:1da/64 Scope:Link
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:13653174 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:304783179 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000
          RX bytes:901673111 (859.9 MiB)  TX bytes:459274698998 (427.7 GiB)

нагрузка CPU (top)
Tasks: 109 total,   1 running, 108 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
Cpu(s):  0.4%us, 22.4%sy,  0.0%ni, 75.3%id,  0.0%wa,  0.0%hi,  2.0%si,  0.0%st
Mem:   4053096k total,   893536k used,  3159560k free,   156688k buffers
Swap:  4063228k total,        0k used,  4063228k free,   501940k cached

  PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND
 9048 root      20   0 96064  976  828 S 100.0  0.0   0:11.60 iperf

Тест 2

одно приложение на сервере
два приложение на клиенте

==========================================
Запущено клиентов = 2

1)сторона сервера
ipref
[root@localhost yum.repos.d]# iperf -s -p 80
------------------------------------------------------------
Server listening on TCP port 80
TCP window size: 85.3 KByte (default)
------------------------------------------------------------
[  5] local 192.168.199.1 port 80 connected with 192.168.199.2 port 58045
[  4] local 192.168.199.1 port 80 connected with 192.168.199.2 port 58046
[ ID] Interval       Transfer     Bandwidth
[  5]  0.0-30.0 sec  16.2 GBytes  4.65 Gbits/sec
[ ID] Interval       Transfer     Bandwidth
[  4]  0.0-31.8 sec  16.1 GBytes  4.35 Gbits/sec
[SUM]  0.0-31.8 sec  32.3 GBytes  8.74 Gbits/sec
[root@localhost yum.repos.d]# iperf -s -p 80

eth0      Link encap:Ethernet  HWaddr 04:00:A8:00:10:D3
          inet addr:192.168.199.1  Bcast:192.168.199.255  Mask:255.255.255.0
          inet6 addr: fe80::600:a8ff:fe00:10d3/64 Scope:Link
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:19545052 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:16593077 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000
          RX bytes:544888741674 (507.4 GiB)  TX bytes:1095870811 (1.0 GiB)

нагрузка CPU (top)
top - 12:51:51 up 19 days, 18:21,  2 users,  load average: 0.00, 0.01, 0.05
Tasks: 100 total,   1 running,  99 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
Cpu(s):  0.6%us, 24.0%sy,  0.0%ni, 75.1%id,  0.0%wa,  0.0%hi,  0.2%si,  0.0%st
Mem:   4053096k total,   891036k used,  3162060k free,   157160k buffers
Swap:  4063228k total,        0k used,  4063228k free,   504156k cached

  PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND
11763 root      20   0  237m 1016  836 S 119.6  0.0   1:23.16 iperf


2) сторона клиента

ipref
процесс 1
[root@localhost iperf-2.0.4]# iperf -c 192.168.199.1 -p 80 -t 30
------------------------------------------------------------
Client connecting to 192.168.199.1, TCP port 80
TCP window size: 16.0 KByte (default)
------------------------------------------------------------
[  3] local 192.168.199.2 port 58045 connected with 192.168.199.1 port 80
[ ID] Interval       Transfer     Bandwidth
[  3]  0.0-30.0 sec  16.2 GBytes  4.65 Gbits/sec
[root@localhost iperf-2.0.4]#


процесс 2
[root@test20 ~]# iperf -c 192.168.199.1 -p 80 -t 30
------------------------------------------------------------
Client connecting to 192.168.199.1, TCP port 80
TCP window size: 16.0 KByte (default)
------------------------------------------------------------
[  3] local 192.168.199.2 port 58046 connected with 192.168.199.1 port 80
[ ID] Interval       Transfer     Bandwidth
[  3]  0.0-30.0 sec  16.1 GBytes  4.62 Gbits/sec
[root@test20 ~]#


eth3      Link encap:Ethernet  HWaddr 04:00:A8:00:01:DA
          inet addr:192.168.199.2  Bcast:192.168.199.255  Mask:255.255.255.0
          inet6 addr: fe80::600:a8ff:fe00:1da/64 Scope:Link
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:16593071 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:376952960 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000
          RX bytes:1095871537 (1.0 GiB)  TX bytes:568477662384 (529.4 GiB)

нагрузка CPU (top)
top - 09:19:47 up 19 days,  1:51,  5 users,  load average: 0.06, 0.06, 0.05
Tasks: 110 total,   1 running, 109 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
Cpu(s):  0.5%us, 31.6%sy,  0.0%ni, 64.4%id,  0.0%wa,  0.0%hi,  3.5%si,  0.0%st
Mem:   4053096k total,   900536k used,  3152560k free,   156688k buffers
Swap:  4063228k total,        0k used,  4063228k free,   501940k cached

  PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND
 9060 root      20   0 96064  976  828 S 74.1  0.0   0:17.21 iperf
 9063 root      20   0 96064  976  828 S 68.1  0.0   0:14.65 iperf
    1 root      20   0 19400 1556 1244 S  0.0  0.0   0:01.60 init
============================================

Тест 3


одно приложение на сервере
три приложение на клиенте

==========================================
Запущено клиентов = 3

1)сторона сервера
ipref
[root@localhost yum.repos.d]# iperf -s -p 80
------------------------------------------------------------
Server listening on TCP port 80
TCP window size: 85.3 KByte (default)
------------------------------------------------------------
[  4] local 192.168.199.1 port 80 connected with 192.168.199.2 port 58047
[  5] local 192.168.199.1 port 80 connected with 192.168.199.2 port 58048
[  6] local 192.168.199.1 port 80 connected with 192.168.199.2 port 58049
[ ID] Interval       Transfer     Bandwidth
[  4]  0.0-30.0 sec  11.1 GBytes  3.19 Gbits/sec
[ ID] Interval       Transfer     Bandwidth
[  5]  0.0-30.6 sec  11.0 GBytes  3.08 Gbits/sec
[ ID] Interval       Transfer     Bandwidth
[  6]  0.0-31.3 sec  11.1 GBytes  3.05 Gbits/sec
[SUM]  0.0-31.3 sec  33.3 GBytes  9.11 Gbits/sec

eth0      Link encap:Ethernet  HWaddr 04:00:A8:00:10:D3
          inet addr:192.168.199.1  Bcast:192.168.199.255  Mask:255.255.255.0
          inet6 addr: fe80::600:a8ff:fe00:10d3/64 Scope:Link
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:20683876 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:17416869 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000
          RX bytes:580705002314 (540.8 GiB)  TX bytes:1150953555 (1.0 GiB)



нагрузка CPU (top)
top - 12:56:43 up 19 days, 18:26,  2 users,  load average: 0.00, 0.01, 0.05
Tasks: 100 total,   1 running,  99 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
Cpu(s):  0.5%us, 27.6%sy,  0.0%ni, 71.4%id,  0.0%wa,  0.0%hi,  0.4%si,  0.0%st
Mem:   4053096k total,   892788k used,  3160308k free,   157184k buffers
Swap:  4063228k total,        0k used,  4063228k free,   504156k cached

  PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND
11789 root      20   0  309m  976  824 S 144.2  0.0   0:35.48 iperf


2)сторона клиента
ipref
процесс 1
[root@localhost iperf-2.0.4]# iperf -c 192.168.199.1 -p 80 -t 30
------------------------------------------------------------
Client connecting to 192.168.199.1, TCP port 80
TCP window size: 16.0 KByte (default)
------------------------------------------------------------
[  3] local 192.168.199.2 port 58047 connected with 192.168.199.1 port 80
[ ID] Interval       Transfer     Bandwidth
[  3]  0.0-30.0 sec  11.1 GBytes  3.19 Gbits/sec
[root@localhost iperf-2.0.4]#

процесс 2
[root@test20 ~]# iperf -c 192.168.199.1 -p 80 -t 30
------------------------------------------------------------
Client connecting to 192.168.199.1, TCP port 80
TCP window size: 16.0 KByte (default)
------------------------------------------------------------
[  3] local 192.168.199.2 port 58048 connected with 192.168.199.1 port 80
[ ID] Interval       Transfer     Bandwidth
[  3]  0.0-30.0 sec  11.0 GBytes  3.14 Gbits/sec


процесс 3
[root@test20 ~]# iperf -c 192.168.199.1 -p 80 -t 30
------------------------------------------------------------
Client connecting to 192.168.199.1, TCP port 80
TCP window size:   601 KByte (default)
------------------------------------------------------------
[  3] local 192.168.199.2 port 58049 connected with 192.168.199.1 port 80
[ ID] Interval       Transfer     Bandwidth
[  3]  0.0-30.0 sec  11.1 GBytes  3.19 Gbits/sec
[root@test20 ~]#

eth3      Link encap:Ethernet  HWaddr 04:00:A8:00:01:DA
          inet addr:192.168.199.2  Bcast:192.168.199.255  Mask:255.255.255.0
          inet6 addr: fe80::600:a8ff:fe00:1da/64 Scope:Link
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:17416863 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:401639811 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000
          RX bytes:1150954281 (1.0 GiB)  TX bytes:605848092806 (564.2 GiB)

нагрузка CPU (top)
top - 09:26:21 up 19 days,  1:57,  5 users,  load average: 0.00, 0.03, 0.05
Tasks: 111 total,   1 running, 110 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
Cpu(s):  0.4%us, 33.2%sy,  0.0%ni, 63.8%id,  0.0%wa,  0.0%hi,  2.6%si,  0.0%st
Mem:   4053096k total,   905684k used,  3147412k free,   156692k buffers
Swap:  4063228k total,        0k used,  4063228k free,   501944k cached

  PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND
 9094 root      20   0 96064  976  828 S 50.2  0.0   0:07.52 iperf
 9097 root      20   0 96064  976  828 S 49.2  0.0   0:06.74 iperf
 9100 root      20   0 96064  976  828 S 45.2  0.0   0:06.01 iperf
============================================

Таким образом, производительность серверных адаптеров составляет более 9.5 Gbps и соответствует заявленной.

Выводы по результатам тестирования

В результате тестирования было подтверждено, что серверные сетевые адаптеры MT-SA-Nx10G-82599:

  • полностью совместимы со стандартным аппаратным и программным обеспечением
  • производительность сетевых адаптеров составляет более 9.5 Gbps на канал

Таким образом, они могут быть рекомендованы к применению взамен оригинальных 10G сетевых адаптеров

Кратко о волновом мультиплексировании

Начало. Свойства стандартного одномодового волокна G.652

Самое распространенное одномодовое оптическое волокно - это SMF G.652 разных модификаций. Практически наверняка, если у Вас есть волоконно-оптическая линия, она сделана из волокна G.652. У него есть ряд важных характеристик, которые надо иметь в виду.Удельное (его ещё называют километрическим) затухание - то есть затухание одного километра волокна - зависит от длины волны излучения.

Википедия подсказывает нам следующее распределение:

Fiber optics attenuation

В реальной жизни сейчас картина получше, в частности удельное затухание в окне 1310нм обычно укладывается в 0.35дБ/км, в окне 1550нм оно порядка 0.22-0.25дБ/км, а так называемый «водяной пик» в районе 1400-1450нм у современных волокон не так сильно выражен, либо вообще отсутствует.

Тем не менее, надо иметь в виду эту картину и само наличие этой зависимости.

Исторически диапазон длин волн, который пропускается оптическим волокном, делится на следующие диапазоны:

  • O - 1260...1360
  • E - 1360...1460
  • S - 1460...1530
  • C - 1530...1565
  • L - 1565...1625
  • U - 1625...1675

(цитирую по той же статье на Википедии).

С приемлемым приближением свойства волокна внутри каждого диапазона можно считать примерно одинаковыми. Водяной пик приходится, как правило, на длинноволновый конец E-диапазона. Ещё будем иметь в виду, что удельное (километрическое) затухание в O-диапазоне примерно в полтора раза выше, чем в S- и в С-диапазоне, удельная хроматическая дисперсия - наоборот, имеет нулевой минимум на длине волны в 1310нм и ненулевая в C-диапазоне.

Простейшие системы уплотнения - двунаправленная передача по одному волокну

Первоначально дуплексная волоконно-оптическая линия связи требовала для работы два волокна: по одному волокну шла передача информации в одну сторону, по другому волокну - в другую. Это удобно своей очевидностью, но довольно расточительно по отношению к использованию ресурса проложенного кабеля.

Поэтому, как только стала позволять технология, стали появляться решения для передачи информации в обе стороны по одному волокну. Названия подобных решений - «одноволоконные трансиверы», «WDM», «bi-directional».

В самых распространенных вариантах используются длины волн 1310 и 1550нм, соответственно из O- и C-диапазона. «В дикой природе» трансиверы на эти длины волн встречаются для линий до 60км. Более «дальнобойные» варианты делаются на другие комбинации - 1490/1550, 1510/1570 и тому подобные варианты с использованием окон прозрачности с мЕньшим удельным затуханием, чем в O-диапазоне.

Кроме вышеперечисленных пар длин волн, возможно встретить комбинацию 1310/1490нм - она используется, если одновременно с данными по этому же волокну передается сигнал кабельного телевидения на длине волны 1550нм; или 1270/1330нм - она используется для передачи 10Гбит/с потоков.

Мультиплексирование данных и кабельного телевидения

Раз уж я затронул тему КТВ, расскажу о нем ещё немного.

Для доставки сигнала кабельного телевидения от головной станции до многоквартирного дома сейчас тоже используется оптика. Для него используется либо длина волны 1310нм - здесь минимальная хроматическая дисперсия, то есть искажение сигнала; либо длина волны 1550нм - здесь минимальное удельное затухание и возможно применение чисто-оптического усиления с использованием EDFA. Если есть необходимость доставки на один дом одновременно и потока данных (интернет) и синала КТВ, нужно либо использовать два отдельных волокна, либо несложное пассивное устройство - фильтр FWDM.

FWDM

Это обратимое устройство (то есть одно и то же устройсто используется как для мультиплексирования, так и для демультиплексирования потоков) с тремя выводами: под КТВ, одноволоконный трансивер и общий выход (см. схему). Таким образом можно строить сеть PON или Ethernet, используя для передачи данных длины волн 1310/1490, а для КТВ - 1550нм.

 

CWDM и DWDM

Системы CWDM и DWDM - это следующие шаги в сторону более эффективного использования ресурса волоконно-оптического кабеля. Принципиально эти две технологии устроены одинаково: диапазон длин волн, пригодных для передачи в одномодовом волокне, разбивается на некоторое количество каналов (18 в CWDM, до 160 в DWDM), по которым с помощью пассивных чисто-оптических мультиплексоров осуществляется передача независимых потоков данных.Отличие CWDM и DWDM - в плотности разделения каналов. В системах CWDM используется все окно прозрачности: предусмотрено 18 каналов шириной 13нм с шагом 20нм, от 1270 до 1610нм. В системах DWDM используется только C-диапазон, но сетка каналов гораздо плотнее: предусмотрено разделение каналов с межканальным интервалом 200, 100, 50 и 25ГГц в диапазоне длин волн от 1528 до 1565нм. Также существует расширение DWDM-сетки на L-диапазон 1565-1625нм.Для использования этого частотного ресурса применяются специальные пассивные устройства - мультиплексоры и модули ввода-вывода (дроп-модули), а также специальные («цветные») трансиверы.

CWDM/DWDM basic scheme

Подчеркну, что использование каналов для передачи данных в одну или в другую сторону - чистая условность, мультиплекору абсолютно всё равно, в какую сторону идет сигнал в каждом канале; а оптические приемники - широкополосные, они реагируют на излучение любой длины волны. Поэтому распределение каналов - вопрос планирования сети и допускает значительную гибкость. Из важных моментов, которые надо иметь в виду при проектировании линии CWDM - это различие удельного затухания в волокне на разных каналах (см. первый раздел настоящей статьи), а также различие вносимого самим мультиплексором затухания. Обычный мультиплексор сделан из последовательно соединенных фильтров, и если для первого в цепочке канала затухание может быть меньше одного децибела, то для последнего оно будет ближе к четырем (эти значения приведены для мультиплексора 1х16, на 16 длин волн). Этого недостатка лишены т. н. компактные CWDM-мультиплексоры, но они на нашем рынке появились совсем недавно.Также полезно помнить, что никто не запрещает строить двухволоконные CWDM-линии, просто объединив два мультиплексора в один функциональный блок.Кроме этого замечу, что вполне возможно часть частотного ресурса выделить под КТВ, передавая по одному волокну до семи дуплексных потоков данных одновременно с аналоговым телевидением.

Системы DWDM - по сравнению с CWDM - имеют ряд особенностей.

Во-первых, они несколько дороже CWDM. Для их использования требуются лазеры со строгим допуском по длине волны и мультиплексоры очень высокой избирательности.

Во-вторых, используемые диапазоны лежат в рабочих зонах оптических усилителей EDFA. Это позволяет строить длинные линии с чисто-оптическим усилением без необходимости оптоэлектронного преобразования сигнала. Именно это свойство привело к тому, что многие при слове «DWDM» сразу представляют себе именно сложные системы монстров телеком-рынка, хотя подобное оборудование можно использовать и в более простых системах.И в-третих, затухание в C- и L-диапазонах минимально из всего окна прозрачности оптического волокна, что позволяет даже без усилителей строить линии бОльшей длины, чем при использовании CWDM.

Мультиплексоры DWDM - это так же пассивные устройства, как и мультиплексоры CWDM. Для числа каналов до 16 они также устроены из отдельных фильтров, и это довольно простые устройства. Однако мультиплексоры для бОльшего числа каналов делаются по технологии Arrayed Wavelength Grating, крайне чувствительной к изменениям температуры. Поэтому такие мультиплексоры выпускаются либо с электронной схемой термостабилизации (Thermal AWG), либо с применением специальных способов автокомпенсации, не требующих энергии (Athermal AWG). Это делает такие мультиплексоры более дорогими и нежными в эксплуатации.

Практические ограничения в волоконно-оптической связи

В заключение я немного расскажу об ограничениях, с которыми приходится иметь дело при организации связи по оптике.

Первое ограничение - это оптический бюджет, или баланс между потерями в оптоволоконной трассе, мощностю вводимого излучения и чувствительностью приемника трансивера..

Если мы говорим о двухволоконных линиях связи, расчет оптического бюджета достаточно сделать для одной длины волны - той, на которой будет вестись передача.

Как только у нас появляется волновое уплотнение (особенно в случае одноволоконных трансиверов или систем CWDM) - сразу надо вспомнить про неравномерность удельного затухания волокна на разных длинах волн и про затухание, вносимое мультиплексорами.

Если мы строим систему с промежуточными ответвлениями на OADM - не забываем посчитать затухание на OADM. Оно отличается для сквозного канала и выводимых длин волн.

Не забываем оставить несколько децибел эксплуатационного запаса.

Второе, с чем приходится иметь дело - это хроматическая дисперсия. Актуальной она по-настоящему становится для 10Гбит/с линий, и вообще говоря, о ней в первую очередь думает производитель оборудования. Кстати, именно дисперсия придает физический смысл упоминанию километров в маркетинговых названиях трансиверов. Специалисту эксплуатации просто полезно понимать, что есть такое свойство волокна и что кроме затухания сигнала в волокне картину портит ещё и дисперсия.

Для простых систем без усилителей расчет линии в основном сводится к расчету оптического бюджета, а тема расчета линии с усилителями вполне достойна отдельной статьи.

Вот, вкратце, инженерные основы технологий уплотнения в оптических линиях. Более подробную информацию Вы всегда можете получить у специалистов компании Modultech,