PERSPEKTIVE RAZVOJA METRO DWDM MREŽA

Transcription

1 PERSPEKTIVE RAZVOJA METRO DWDM MREŽA Danojlić, M.,Nebojša Telefonkabl a.d. - Beograd I UVOD Ovaj rad ispituje složenost razvoja WDM tehnike (Wavelenght Division Multiplex multipleks po talasnim dužinama) u velikim lokalnim mrežama.razmatraju se zahtevi tražnje, ekonomske i tehnološke prednosti i mane, efikasnost, operativnost i primena u optičkim mrežama. Nakon toga se razmatra razvoj standarda i optičkih mreža koji će unaprediti njihovu evoluciju. Akcenat je na ekonomičnosti, efikasnosti i upravljivosti. II TRAŽNJA Tražnja za većim propusnim opsegom raste iz dana u dan. Inernet i druge aplikacije su iscrple postojeće komunikacijske puteve. Uvećana tražnja za propusnim opsegom je naterala projektante na razvoj tehnika koje omogućavaju izuzetno visoke protoke kao što su TDM (Time Division Multiplex vremensko multipleksiranje) i WDM. Kao odgovor na aktuelnu i predviđenu tražnju za opsegom i dramatičan skok saobraćaja u gusto naseljenim sredinama ide se na nadogradnju optičke mreže. Pored velike ekspanzije Inerneta (preko 38 miliona registrovanih sajtova do sada od toga oko 90% komunikacionih i manje od 2% edukativnih) uvećani i su zahtevi za transportom širokopojasnih servisa (Gigabitni Ethernet, xdsl)[1]. Osim toga ATM trenutno najoptimalniji način broadband (širokopojasnog) komuniciranja (Asinhroni Transfer Mod) i SMDS (Switched Multimegabit Data Service) saobraćaj je u porastu, kao i Frame Relay odn. prenos okvira zasnovan na X.25 protokolu. Mnogobrojni ATM servisi su na horizontu i svi podaci ponuđeni korišćenjem tih novih servisa zahtevaju broadband tehnologiju. Novi servisi su HDTV (zahteva 155Mb/s), širokopojasni video (622Mb/s), telemedicina, rad i studiranje na daljinu, video-telefonija itd[2]. Ponuđena je nova tehnologija čija je prvobitna primena bila na relacijama magistralnih i međunarodnih veza. Kapacitet optičkog vlakna se višestruko povećava prenošenjem većeg broja kanala kroz jedno vlakno. Danas postoje rešenja koja vode ka sve-optičkim mrežama u svim segmentima prenosa. Javljaju se rešenja za sve delove mreže od gradske do međunarodne. To je DWDM (Dense WDM gusto WDM). DWDM je nova tehnologija u telekomunikacionim prenosnim sistemima, novon sloju prenosa, koji se nadograđuje na postojeće SDH (Synchronous Digital Hiearchy sinhrona digitalna hijerarhija) prenosne sisteme. Međutim, DWDM tehnologija je transparentna tako da postoji mogućnost zaobilaženja standardnog SDH sistema, prenošenjem signala iz ATM-a ili IP-a (Internet Protocolinternet protokol). Konačno, kupci obavešteni o dostupnosti DWDM tehnike zainteresovani su za iznajmljivanje privatnih talasnih dužina odn. kanala za lične potrebe kao što je prikazano na slici 1. DWDM (Dense WDM gusto WDM) je način da se uveća kapacitet optičkih prenosnih puteva u situacijama kada ne postoji mogućnost polaganja novih vlakana. DWDM multiplicira optičke puteve bez polaganja novih vlakana na talasnim dužinama bliskim 1550 nm (treći optički prozor). Svaka talasna dužina uvlaknu se može posmatrati kao virtuelno vlakno. Korisnici ovih iznajmljenih kanala u ovoj aplikaciji npr. mogu imati glavna postrojenja i radne stanice u wire centru D sa jednim ili više poslovnih ogranaka. U centrima B,C i D mogu imati nekoliko dodatnih ogranaka. Korisnici će na ovaj način moći da zadovolje svoje komunikacijske potrebe.u područjima gde postoje raspoloživi cevovodi jeftinije je položiti nova vlakna nego razvijati elektroniku za uvećanje opsega postojećih vlakana. Kada je cena polaganja novih vlakana u gusto naseljenim gradovima porediva sa cenom razvoja novih METRO (Metropolitan Area Network) DWDM sistema, DWDM je čist pobednik. WDM metro system WDM point-to-point CO A CO-Central Office CO B Headquarters - Business Center WDM point-to-point CO D CO C Slika 1. Virtuelne talasne dužine mogu omogućiti sveobuhvatan pristup George Glider u low of Telecosm predviđa da će kompletan opseg komunikacionih sistema biti utrostručen svake tri godine narednih 20 godina[3]. Konačno zahtevi za prenosom mnoštva širokopojasnih servisa nateraće provajdere na jednu sve-sinhronizujuću mrežu. Ali zbog ogromnih baza asinhrone opreme ova tranzicija se može prolongirati daleko u budućnost.

2 Generalno je usaglašeno da razvoj DWDM tehnike u mrežama prati zahteve tržišta i praktično se implementira kada ponuđena tehnika bude: Zahtevana tražnjom na tržištu. Ekonomsko rešenje mreže u tranziciji (asinhrone u sinhrone, uskopojasne u širokopojasne). Dostupna kao standardom utemeljena platforma. Drugi scenario je uvećanje kapaciteta pomoću TDM tehnike na postojećim ili novim SDH/SONET(Synchronous Optical Network- Američka verzija SDH) sistemima. Kao najbolji izbor može se pokazati istovremeno korišćenje obe tehnologije. III EKONOMIJA Zbog iscrpljenosti kapaciteta postojećih vlakana i problema u tranziciji mreže projektanti traže opciju sa minimalnom cenom koštanja odn. najjednostavnije i najekonomičnije rešenje. Ovo znači da odabrana broadband tehnika mora da koristi postojeća vlakna i ponudi najpovoljniju cenu. Izabrana tehnika mora biti upravljiva jednim integrisanim i centralizovanim sistemom. Istovremeno mora biti usklađena da upravlja neodređen i haotičan protok. Sa ovo aspekta implementirana tehnologija mora: Optimizirati ulaganja. Koristiti najpogodnije mrežne topologije na svakoj lokaciji. Biti unificirana. Biti ekonomski sposobna za opstanak. Biti procenjena da minimizira polaganje vlakana. Da maksimizira efikasnost i TDM-a i WDM-a. IV TDM Postoje četiri negativna parametra koji određuju da li vlakno može podržati OC-192 (10Gb/s) prenosni put za brzu i pouzdanu vezu. To su: slabljenje, refleksija, hromatska disperzija i polarization mode dispersion PMD. Svi parametri sem PMD-a su dobro poznati i potpuno određeni. Saznanja o PMD-u su skoro prezentirana. Pri sporijim brzinama prenosa (t.j. OC-48) PMD nije od interesa, ali kod OC-192 i bržih prenosnoh puteva efekti PMD-a mogu izazvati probleme kao što je širenje impulsa. Možemo ga nazvati PMD-ov efekat raspšivanja signala. Informacije primljene na udaljenim krajevima pristižu u neznatno različitim intervalima vremena, jer putuju različitim brzinama kroz vlakno. Prijemnik može pogrešno protumačiti primljene informacije zbog pogrešnih bita. PMD koeficijent manji od 0.1 ps/km je prihvatljiv. U testiranim lokalnim mrežama ovaj efekat većinom ima zabrinjavajuću vrednost. U svakom slučaju preporučuje se ispitivanje PMD-a pri projektovanju mreža sa veoma brzim prenosom bita, što je dodatni trošak na postojeća ulaganja. V WDM/DWDM TEHNOLOGIJE Do skoro vođeni ekonomskim parametrima WDM /DWDM sistemi su korišćeni samo na dugim trasama (longhaul mreže) gde su potrebni veliki kapaciteti prenosa i u situacijama kada je isplativije nego polagati nova vlakna. Sprege u lokalnim mrežama su u proseku kraće nego longhaul mreže. Ove mreže se dosta razlikuju i po arhitekturi. Kao odgovor na izazove projektanti su osmislili nove metro DWDM sisteme. Oni su prevashodno nastali kao izazov upotrebe DWDM tehnike u metropoliten mrežama šireg lokalnog karaktera (velika gradska područja od nekoliko desetina km, pri čemu se spominju maksimalna rastojanja do 160km). Znači pri projektovanju lokalnih mreža i mreža na velikim rastojanjima mora se imati generalno različit pristup. DWDM sistemi dizajnirani za razvoj mreža na velikim rastojanjima su skupi sistemi koji uključuju veliki broj EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier pojačavač sa erbijumom dopiranim vlaknom) i strogim zahtevima po pitanju linearnosti. Kraći sistemi u lokalnim mrežama mogu značiti manji broj EDFA pojačavača i manje stroge zahteve za linearnošću prenosnog linka. Današnja tehnologija proizvodnje optičkih vlakana je takva da optički signal slabi oko 0.25dB/km. EDFA pojačavači na mestima gde signal izgubi kritičan deo svoje snage koristi se vlakno koje je u procesu izrade dopirano određenom količinom erbijuma. Kada se erbijum pobudi svetlošću određene talasne dužine on pojačava signal talasnih dužina iz trećeg optičkog prozora. Stoga se uz signal koji prenosi informacije u trasu ubacuje i signal talasne dužine koja pobuđuje erbijum. Ovako se dobija pojačavač kojim se upravlja daljinski! Ovakav sistem je dosta ekonomski isplativiji od konvencionalnih elektronskih pojačavača. Proizvođači opreme postižu neverovatne rezultate razvojem nove tehnologije. Američka multinacionalna kompanija Lucent Technologies testira DWDM sistem koji će biti u mogućnosti da po jednom optičkom vlaknu prenese 100 kanala od po 10Gbps. Topologije i zaštitne šeme za DWDM Mrežne arhitekture su bazirane na mnogim faktorima, uključujući tpove aplikacija i protokola, rastojanja, korišćenje i pristup postojeće mrežne topologije. U metropoliten mrežama, na primer, point-to-point topologija (od tačke do tačke) može biti korišćena za vezu između preduzeća, ring topologija za povezivanje IOF (Inter Office Facilites) i za pristup stambenim objektima i mesh topologija za inter-pop (point-to-presence, pristupna tačka na internet) veze i veze za long-haul backbone (linija ili više njih kojima se povezuju LAN i WAN mreže ili LAN veze među zgradama). Optički sloj mora biti sposoban da podrži mnoge tehnologije i zbog neodređenog razvoja u tim oblastima topologije moraju biti fleksibilne[5]. Point-to-point topologije Karakteristične su za ultra visoke protoke unutar kanala (10-40Gbps), pouzdanost i visok kvalitet signala. Mogu se implementirati sa ili bez OADM (Optical add-drop Multiplexers). Zaštita se izvodi na više načina. U drugoj generaciji opreme paralelni linkovi povezuju pojedinačne sisteme i oni sadrže redundantne predajnike, multipleksere, procesore. Tipična implementacija, na primer, korišćenjem 1+1 zaštitne šeme bazirane na SONET Automatic Protection Switching (APS). Vidi sl.2.

3 skalabilnost, međuoperativnost i izdatke za operativne troškove. Slika 2. Point-to-point arhitektura Ring topologija Koriste se u velikim gradskim područjima i dosežu nekoliko desetina km. Tipični protoci su od 622Mbps do 10Gbps. Mogu biti razvijene sa jednim ili više DWDM sistema, podržavajući any-to-any (od svakog do svakog) saobraćaj, ili mogu imati 'hub' i više OADM-a ili satelita kao na sl.3. U 'hub' čvorovima se upravlja saobraćajem i ostvaruje veza sa drugim mrežama. Mreže koje su kandidati za DWDM aplikacije u metropoliten oblastima su često bazirane na SDH/SONET ring arhitekturi sa 1+1 zaštitnim vlaknom. Slika 3. Ring arhitektura Mogu se korisiti UPSR (Unidirectional Path Switched Ring) ili BLSR (Bidirectional Line Switched Ring) zaštitne šeme. BLSR na primer dozvoljava da se saobraćaj usmerava najdirektnijom maršrutom. Projektuje se sa dva ili četiri vlakna i obezbeđuje zaštitu u slučaju presecanja vlakna. Mora se obezbediti da označavanje radnih i zaštitnih talasnih dužina na BLSR bude komplementarno. Mesh topologija Mesh arhitekture su budućnost optičkih mreža. Kako mreža evoluira point-to-point i ring arhitektura još uvek stoje u mestu, ali mesh će biti najsnažnija topologija. Ovaj razvoj će biti unapređen razvojem optičkih mrežnih elemenata. Iz razloga fleksibilnosti pomenutih elemenata mreža će evoluirati u mesh izbegavajući kompletan redizajn. Osim toga mesh i ring topologije mogu se prespajati sa point-topoint linkovima (sl.4). Mesh tehnologija zahteva sledeću generaciju zaštite, visok stepen inteligentnog upravljanja i jake softverske alate. Velika prednost se ostvaruje kroz fleksibilnost i efikasnost. Na prvi pogled metro DWDM sistemi su favoriti, ali ta prvobitna cena se uvećava jer moramo razmotriti Skalabilnost Slika 4. Mesh, point-to-point i ring arhitektura Bitna k-ka gradskih mreža za komunikaciju i razmenu podataka kako je napomenuto je haotična evolucija tražnje za propusnom opsegom. Ovi zahtevi se materijalizuju ne samo rasom populacije, već i drugim demografskim k-kama kao što su zainteresovanost potrošača za aktuelnim aplikacijama i servisima atraktivnih cena. Stoga je teško predvideti kada će biti neophodan protok 10Gb/s. Kada je ponuđena aplikacija u rangu dostupnih cena naglo su svi zainteresovani za uslugu. Potražnja spiralno raste. Ovaj scenario nije bio poznat ranije. Ranije se tražnja mogla analitički predvideti, a danas se dešava erupcija koja veoma brzo iscrpljuje postojeće kapacitete. DWDM je savršeno pogodan da prilagodi ovu vrstu neodređenog porasta tražnje postojećem stanju. DWDM sistem mora biti skalabilan tj. mora nastaviti da funkcioniše u istom poretku, zadržavajući iste performanse ukoliko dođe do nadgradnje sistema aplikacijama naprednijih k-ka. Lokalne telefonske kompanije i kompanije za prodaju i rentiranje telekomunikacionih servisa imaju potrebu za sistemima koji omogućavaju uvećanje kapaciteta prenosnih puteva po potrebi odnosno koji su nadogradivi (4,8,12,16,32 talasnih dužina). Većina ponuđenih metro sistema reklamiraju se kao fleksibilni sistemi sa OC-3, OC-12, OC-48 itd. interfejsom kod kojih je cena srazmerna veličini konfiguracije. Fleksibilnost olakšava podešavanje DWDM sistema u mrežama lokalnih provajdera telekomunikacionih servisa. Iz iskustva ARPA (Advanced Research Projects Company) upravljanje ovom tehnologijom je izuzetno zahtevno. Upravljanje Zaostajanje između razvoja nove tehnologije i softvera za upravljanje tehnologijom može biti Ahilova peta za servis provajdere. Nedostatak alata za upravljanje mrežom uvećava krajnju cenu koštanja nove tehnologije. Poslovanje i upravljanje predstavlja najviši nivo razvoja DWDM sistema. Kompleksnost ovih sistema zahteva novi i kompleksniji način upravljanja. Mnogo talasnih dužina se prostire kroz DWDM sistem i svaka se može prenositi različitim protokolom. Kao rezultat analize upravljanje mrežom mora: Funkcionisati sa opremom više različitih proizvođača opreme.

4 Rukovoditi mnoge tehnologije (ATM, SONET/SDH i WDM). Biti u interfejsu sa već postojećim sistemom upravljanja. Obezbediti upravljanje mrežnom konfiguracijom. Obezbediti kontrolu i testiranje vlakana. Konačno ovaj integrisani sistem upravljanja mora obezbediti menadžment mreže s kraja na kraj, uključujući širokopojasne komutatore između prenosnih puteva. Takođe mora biti pristupačan iz jednog centra i mora omogućiti nadgradnju softvera iz te centralne lokacije. Međuoperativnost Od proizvođača opreme se zahteva kompatibilnost zbog kompleksnosti mreže, neodređene tražnje generisane od strane korisnika i potrebe da se brzo nadogradi mrežaa kad se tražnja materijalizuje. Konkurencija je surova i uvećava se. Prednost će ostvariti provajderi uslužnih servisa koji ponude atraktivne servise koje korisnici očekuju po razumnoj ceni. Trenutno ponuđeni 'metro' DWDM sistemi na tržištu reklamiraju se kao kompatibilni odn. međuoperativni sa opremom drugih proizvođača. Većina sistema zasnovanih na standardima su sa otvorenim interfejsom. Neki proizvođači su izvršili međuoperativne testove sa drugim proizvođačima na nivou transportnog sloja i predložili TMN (Telecomunication Managment Network) kao bazni element sistema upravljanja. Ovo može biti moćno rešenje za razvoj i efikasno upravljanje sistemima. To će omogućiti pad cene poslovanja. Standardizacija DWDM tehnologija standardizovana je preporukom ITU-T G.692: Optički inerfejs za višekanalne sisteme sa optičkim pojačavačima. Definisani su parametri multipleksiranja talasnih dužina među kojima su impresivne sledeće definicije: širine impulsa su reda veličine 1,6-100ns, razmak talasnih dužina susednih kanala od 1,6nm (izraženo u veličini frekvencije 200GHz) ili podatak o nominalnoj centralnoj frekvenciji kanala u području od THz. Mogućnost da se svetlost razdvoji na tako uske impulse talasnih dužina doneo je razvoj poluprovodničke tehnologije i novih materijala u proizvodnji optičkih komponenti, posebmo optičkih filtera, lasera i optičkih prijemnika[6]. Najnoviji element sistema su OXC (Optical cross-connect optički prespojnici), uređaji koji, bez pretvaranja svetlosnog signala u električni, obavljaju preusmeravanje pojedinih impulsa talasnih dužina u željene pravce. Kako planirati? Planiranje i razvoj DWDM sistema je jako zahtevan i intenzivan proces kome se mora pristupiti krajnje ozbiljno i timski u saradnji sa stručnjacima i proizvođačima opreme, kao i sa kompanijama koje su razvile ove sisteme. Planiranje je proces i mora obuhvatiti sledeće stavke: Potrebno je sačiniti projekat postojećeg stanja i ispitati karakteristike postojećih optičkih puteva zbog zahteva nove tehnologije (slabljenje, hromatska disperzija). Potom je bitno naučiti što više o DWDM-u. Upoznati tehnološke parametre DWDM opreme. Upoznati postojeće DWDM mreže drugih operatera. Proučiti karakteristike DWDM uređaja i mernih instrumenata dostupnih na tržištu. Razmotriti mogućnosti ugradnje DWDM-a u mrežu. VI ZAKLJUČAK DWDM se pojavio inicijalno da maksimizira efikasnost postojećih vlakana, a obeležiće ovaj vek kao tehnika koja je potstakla ukupan razvoj sveoptičkih mreža. Budućnost će zahtevati tzv. FTTH (Fiber To The Home optika do stana) mreže odn. mogli bi ih nazvati POM (Potpuno Optičke Mreže). Ovaj razvoj omogućavaju OXC elementi koji servis provajderima omogućavaju brzu restauraciju, rekonfiguraciju i transparentnost mreže bez postavljanja skupih i neefikasnih elektro-optičkih konvertora. Internet Engineering Task Force je proširio IP s Multi-Protocol Label Switching (MPLS) na optičke mreže. Rezultujući protokol poznat je kao GMPLS (Generalized MPLS)[7]. Svrha GMPLS-a je da unapredi i poboljša rutiranje tj. usmeravanje saobraćaja kroz optičku mrežu kreiranjem zajedničkog plana kontrole između IP-a i optičkog sloja. Prednost je i fleksibilna promena opsega u zavisnosti od tražnje. GMPLS će biti lider u razvoju novih još dinamičnijih optičkih servisa. Potrebno je vreme da se razviju sistemi koji će zadovoljavati potrebe i korisnika i servis provajdera. Za sada želimo sisteme koji će odgovoriti na zahteve za opsegom, pružiti transparentnost protokola, obezbediti kvalitet servisa, uvećati pouzdanost mreže i uprostiti poslovanje i upravljanje. DWDM sistemi će bez dileme unaprediti ovaj razvoj. LITERATURA [1] Web statistics from ad.media. [2] P. V.Haton, F.Cheston, ''WDM Deployment in the Local Exchange Network'', IEEE Communications Magazine, Feb [3] G.Gilder, ''Fiber Keeps Its Promise'', Forbes ASAP. [4] K.Bala et al., ''WDM Network Economic Sensitivities'', Proc. NFOEC, San Diego, CA. [5] [6] E.E.Sandino, AT&T Broadband, ''Metropolitan Broadband Networks'', Communications Technology, Sep [7] G.Li, J. Yates, R.Doverspike, D. Wang, ''Experiments in Fast Restoration using GMPLS in Optical/Electrical Mesh Networks'', AT&T Labs-Research Abstract: This article examines the complex issues surrounding deployment of wavelenght division multiplexing technology in the metropolitan area network. It discusses demand, ecomomics, technology advantages/disadvantages, scalability, operations, interoperability and optical networking. The emphasis is on economics and menageability. The article looks forward to the optical network and to the evolution of standards that will expedite the deployment. PERSPECTIVES OF DEPLOYMENT METRO DWDM NETWORKS, Nebojša Danojlić

5