 |
Список использованных источников
|
|
|
|
Проектирование оптической мультисервисной транспортной сети
Учебное пособиеhttp://www.do.sibsutis.ru/magistr/courses_work/vosp_work/kp_up.htm
Пример характеристик электрических интерфейсов G.703 приведён в табл.6.1. Эти интерфейсы используются в аппаратуре транспортных сетей в качестве компонентных, т.е. для подключения оборудования коммутационных станций, гибких мультиплексоров, оборудования плезиохронных систем передачи. Одной из контролируемых характеристик этих интерфейсов является величина фазовых дрожаний (джиттер), нормативы на которые приведены в табл. 6.2.
К пользовательским интерфейсам аппаратуры транспортных сетей также можно отнести электрические интерфейсы передачи данных сетей Ethernet на скоростях 10, 100 и 1000 Мбит/с, примеры характеристик которых представлены в табл. 6.3. При этом в качестве среды передачи используются витые пары категории 3, 4, 5 и выше.
Нетрудно заметить очень ограниченные длины участков передачи, что свидетельствует о возможности использования этих интерфейсов в основном внутри зданий (в офисах, в линейных аппаратных цехах и т.д.).
При выполнении курсового проекта необходимо выбрать подходящий электрический интерфейс для установки его в оборудование, электрический кабель желательно не ниже категории 5, и кроссовое коммутационное оборудование, через которое будет устанавливаться связь между коммутатором Ethernet и мультисервисной транспортной платформой (МСТП).
В качестве интерфейса синхронизации чаще всего используется электрический интерфейс G.703.10, который аналогичен по своим характеристикам интерфейсу G.703.6, но отличается более высокими требованиями по фазовым дрожаниям в полосе частот 20Гц-100кГц допустимое дрожание не должно превышать 0,05ЕИ.
|
|
|
Таблица 6.1 Характеристики интерфейса G.703
| Характеристики | Виды интерфейсов G.703 | ||
| G.703.6 | G.703.8 | G.703.9 | |
| Скорость передачи, Мбит/с | 2.048 | 34.368 | 139.264 |
| Стабильность тактов, ppm | ±50 | ±20 | ±15 |
| Максимальное затухание линии на полутактовой частоте, дБ/МГц | 0-6/ 1.024 | 0-12/ 17.184 | 0-12/ 70 |
| Волновое сопротивление, Ом | 75 (несим.) 120 (сим.) | 75 (несим.) | 75 (несим.) |
| Величина напряжения пика импульса и его пробела, В | 2.37 несим. 3.0 сим. 0±0.237 несим. 0±0.3 сим. | 2.37 несим. 0±0.237 несим | 2.37 несим. 0±0.237 несим |
| Длительность единичного или тактового интервала, нс | 29.1 | 7.18 | |
| Длительность импульса на единичном интервале, нс | 14.55 | ≤2 | |
| Максимальное уширение импульса на уровне 3дБ, нс | ±0.35 | ||
| Линейный код | HDB-3 | HDB-3 | CMI |
При этом для передачи синхронизирующего сигнала 2048 кГц или 2048 кбит/с можно использовать симметричные витые пары и коаксиальные кабели с затуханием на частоте 1024 кГц не более 6дБ на всю длину.
Эти характеристики необходимо учитывать при проектировании сети распределения синхросигналов внутри узла связи, т.е. учесть место оборудования распределения сигналов синхронизации (например, ВЗГ) и длину электрических кабелей, расходящихся к различной синхронизируемой цифровой аппаратуре.
Таблица 6.2 Параметры джиттера на выходе трактов с интерфейсами G.703, образованных на сети с помощью оборудования SDH
| Интерфейс | Ширина полосы измерительного фильтра на уровне 3 дБ, Гц | Размах дрожаний в тактовых или единичных интервалах, ТИ или ЕИ |
| G.703.6 (2.048 Мбит/с) | 20 Гц ÷ 100 кГц | 1,5 |
| 18 кГц÷ 100 кГц | 0,2 | |
| G.703.8 (34.368 Мбит/с) | 100 Гц ÷ 800 кГц | 1,5 |
| 10 кГц ÷ 800 кГц | 0,15 | |
| G.703.9 (139.264 Мбит/с) | 200 Гц ÷ 3,5 МГц | 1,5 |
| 10 кГц ÷ 3,5 МГц | 0,075 |
Таблица 6.3 Характеристики электрических интерфейсов Ethernet
| Интерфейс | 10Base-T | 100Base-TX | 100Base-T4 | 1000Base-CX | 1000Base-T |
| Порт устройства | RJ-45 | RJ-45 | RJ-45 | RJ-45 | RJ-45 |
| Среда передачи | Витая пара UTP категор. 3 и выше | Витая пара UTP категор. 5 | Витая пара UTP категор. 3, 4, 5 | Экранир. витая пара STP 150Ом | Витая пара UTP категор. 5 и выше |
| Линейный код | Манчестер | 4В5В скрембл. | 8B6T | 8В10В | РАМ-5 скрембл. |
| Формат линейного сигнала | - | MLT-3 | NRZ | NRZ | Пяти-уровневый сигнал |
| Число витых пар | |||||
| Протяженность сегмента | До 100м | До 100м | До 100м | До 25 м | До 100м |
Электрические интерфейсы управления в МСТП чаще всего представлены интерфейсами Ethernet на скорости 10 или 100Мбит/с с разъёмами RJ-45 и консольными интерфейсами RS-232. Эти интерфейсы, соответственно, позволяют подключить систему сетевого управления для всей транспортной сети или локальный терминал управления отдельным сетевым элементом на основе оборудования МСТП. Возможности интерфейсов Ethernet показаны выше. Возможности интерфейса RS-232 состоят в следующем: двухканальный, двунаправленный; длина кабеля не более 15м; скорость передачи 64кбит/с; виды передачи сигналов – последовательно синхронно и асинхронно; используются различные типы разъёмов (от 9 до 25 штырьковых соединений) [18]. Указанные характеристики интерфейсов управления необходимо учитывать при проектировании расположения аппаратуры системы управления и места оператора.
|
|
|
Таблица 6.3 Примеры характеристик оптических интерфейсов PDH
| Характеристика | Тип волокна | Иерархические скорости | |||
| Скорость, Мбит/с | 2,048 | 8,448 | 34,368 | 139,264 | |
| Минимальный уровень мощности передачи СИД и ППЛ, дБм | |||||
| Волна СИД: 0,85 мкм | ММВ | –17,0 | –17,0 | –17,0 | – |
| Волна СИД: 1,31 мкм | ММВ | –21,0 | –21,0 | –21,0 | – |
| Волна СИД: 1,31 мкм | ОМВ | –30,0 | –30,0 | –30,0 | – |
| Волна ППЛ: 1,31 мкм | ММВ | –1,0 | –1,0 | –1,0 | –1,0 |
| Волна ППЛ: 1,31 мкм | ОМВ | –4,0 | –4,0 | –4,0 | –4,0 |
| Волна ППЛ: 1,3 мкм | ОМВ | –14,0 | –14,0 | –14,0 | –14,0 |
| Волна ППЛ: 1,55 мкм | ОМВ | – | – | –7,0 | –7,0 |
| Чувствительность приёмника при вероятности ошибки 10–9, дБм | |||||
| Волна 0,85 мкм | ММВ | –51 | –46 | –40 | – |
| Волна 1,31 мкм | ОМВ, ММВ | –52 | –47 | –42 | –35 |
| Волна 1,31 и 1,55 мкм | ОМВ | – | – | – | –38 |
| Динамический диапазон приемника, дБ | |||||
| Волна 0,85 мкм | ММВ | > 40 | > 34 | > 26 | – |
| Волна 1,31 и 1,55 мкм | ОМВ, ММВ | > 53 | > 48 | > 40 | > 35 |
| Обозначения: СИД – светоизлучающий диод; ППЛ – полупроводниковый лазер; MMВ – многомодовое волокно стандарта G.651; ОMВ – одномодовое волокно стандарта G.652 |
В рамках каждой из трёх категорий рассматривается использование различных источников излучения (по типу излучателя, по длине волны, по спектру излучения, по виду модуляции и т.д.), приёмников излучения (ЛФД, р-i-n), типу волоконных световодов (SMF, DSF, NZDSF) и т.д. В табл. 6.5 представлена классификация интерфейсов SDH.
|
|
|
Таблица 6.5 Классификация оптических интерфейсов SDH по применению
| Применение Параметры | Внутри узла | Межузловое применение | ||||||
| Короткая линия | Длинная линия | |||||||
| Длина волны источника, нм | ||||||||
| Тип волокна | G.652 | G.652 | G.652 | G.652 | G.652, 654, 655 | G.653, G.655 | ||
| Расстояние, км | ~15 | ~15 | ~40 | ~80 | ~80 | |||
| Уровень STM-N, скорость Мбит/с | STM-1 155,52 | I-1 | S-1.1 | S-1.2 | L-1.1 | L-1.2 | L-1.3 | |
| STM-4 622,08 | I-4 | S-4.1 | S-4.2 | L-4.1 | L-4.2 | U-4.2 | L-4.3 | U-4.3 |
| STM-16 2488,32 | I-16 | S-16.1 | S-16.2 | L-16.1 | L-16.2 | U-16.2 V-16.2 | L-16.3 | U-16.3 V-16.3 |
| STM-64 9953,28 | I-64 | S-64.1 | S-64.2 | L-64.1 | L-64.2 | V-64.2 | L-64.3 | U-64.3 V-64.3 |
| STM-256 39813,12 | I-256.2 | - | S-256.2 | - | L-256.2 | - | L-256.3 | - |
Оптические интерфейсы SDH имеют систему обозначений, в которой отражены особенности интерфейсов по применению:
- I, обозначает линию малой длины внутри предприятия, т.е. intra-office;
- S, обозначает короткую линию, т.е. short-haul;
- L, обозначает длинную линию, т.е. long-haul;
- V, обозначает очень длинную линию, т.е. very long-haul;
- U, обозначает сверх длинную линию, т.е. ultra long-haul;
- VSR, обозначает очень короткое расстояние (в перемычке), т.е. very short reach (в табл.6.5 не обозначено).
При обозначении V и U следует понимать включение в состав линейного интерфейса оптического усилителя (OA, Optical Amplifier) мощности на передаче (обозначается B – booster, B-OA) и предусилителя оптического сигнала на приеме (обозначается ВР – booster pre-amplifier, BP-OA).
После буквенных индексов в обозначениях интерфейсов следуют цифры:
- первая (-ые) цифра (-ы) указывают на иерархический уровень STM-N (N=1, 4, 16, 64, 256);
-вторая цифра или пробел указывает на номинал длины волны излучения источником и типы волокон (1 или пробел - источник излучения длины волны 1310нм на волокне G.652; 2 – источник излучения длины волны 1550нм на волокне G.652 для применения на малой дальности, либо на волокнах G.654 и G.655 для приложений большой дальности; 3 - источник излучения длины волны 1550нм на волокнах G.653 и G.655 для приложений большой дальности).
|
|
|
На рис. 6.1 представлена схема подключения интерфейса G.957 к волоконно-оптической линии. В схеме показаны две оконечные станции и промежуточная станция регенерации. Все участки этого соединения определяются стандартами МСЭ-T. Интерфейсные стыки участков находятся в точках S и R, что соответствует подключению передатчика (S – send) и приёмника (R – receive). Эти точки ассоциируются с местом стыка волокон линейного и станционного оптических кабелей на линейном оптическом кроссе. Как правило, длина станционного оптического кабеля между линейным кроссом и аппаратурой не превышает нескольких метров. Поэтому характеристики оптических интерфейсов при соответствующей погрешности могут оцениваться непосредственно в аппаратуре. Для определения параметров оптических интерфейсов SDH предложены следующие характеристики:
- диапазон рабочих длин волн;
- тип источника излучения;
- спектральные характеристики излучения;
- средняя вводимая мощность в точке S;
- коэффициент гашения (логарифм отношения мощности при передаче логической “1” и логического “0”);
- маска глаз-диаграммы;
- оптический тракт (величины максимального затухания и дисперсии между точками S и R, максимальная величина отражения оптического сигнала на неоднородностях);
- чувствительность приёмника;
- перегрузка приемника;
- отражательная способность приёмника;
Рисунок 6.1 Пример включения интерфейсов аппаратуры SDH для волоконно-оптической линии
- штраф по мощности оптического тракта (отражения, межсимвольные помехи, шум распределения мод, изменение длины волны излучателя).
На рис.6.1 обозначены стандартные функциональные блоки аппаратуры SDH, определенные в рекомендации МСЭ-Т G.783: SPI, SDH Physical Interface – физический интерфейс SDH с подключением к линии или оптическому усилителю (OA); RST, Regenerator Section Termination – окончание секции регенерации (функции доступа к заголовку RSOH).
Взаимосвязь некоторых оптических параметров представлена на рис. 6.2.
Рис. 6.2 Взаимосвязь оптических параметров
Примеры характеристик интерфейсов приведены в приложении 1.
Необходимо обратить внимание на то, что одноканальные интерфейсы STM-64 имеют особенности применения, которые необходимо учитывать при проектировании:
- в результате введения в тракт оптических усилителей могут быть достигнуты достаточно большие мощности (около 50мВт), оказывающие значительные влияния на оптические нелинейности;
- специальные методы адаптации к дисперсии (компенсация дисперсии - Dispersion Compensated, DC), связанные с тем, что стандартные волокна (G.652) имеют дисперсионный предел для этих интерфейсов около 60км, необходимо использовать для увеличения дальности передачи путём включения пассивных компенсаторов в виде интегрированных дифракционных решеток и волоконных световодов, активной компенсации на основе фазовой автомодуляции (ФАМ) (нелинейный эффект в стекловолокне) и предварительной линейной частотной модуляции (ПЛЧМ);
|
|
|
- применение в составе интерфейсов для очень длинных линий процессоров упреждающей коррекции ошибок (FEC), которые повышают энергетический потенциал на 3-8 дБм.
Возможна комбинация методов компенсации дисперсии. В настоящее время определена только одна комбинация методов: ФАМ совместно с пассивной компенсацией дисперсии в интерфейсе V-64.2. ФАМ применяется для компенсации на первых 80км, а дополнительно 40км компенсируется пассивным методом.
Примеры использования пассивных компенсаторов показаны на рис. 6.3. Для интерфейсов типа S-64 участки длиной до 40км проектируются без компенсации дисперсии. Для каждого более длинного участка с применением интерфейсов L-64.2, V-64.2 прибавляется по одному компенсатору на 40 км.
Рис. 6.3. Схема пассивной компенсации дисперсии в интерфейсах STM-64
Ещё одной особенностью оптических интерфейсов STM-64 является использование другого обозначения точек, где нормируются параметры передатчика и приёмника, т.е. вместо обозначения S и R применяется MPI-S и MPI-R (Main Path Interfaces).
Использование характеристик одноканальных (одноволновых) оптических интерфейсов при проектировании линейных трактов определено рекомендациями ITU-T G.655. Длина регенерационного участка с точки зрения энергетического потенциала находится через соотношение:
,
где PS – уровень мощности передатчика в точке подключения аппаратуры и линии; PR – уровень мощности приемника в точке подключения аппаратуры и линии; PD – мощность (в дБм) дисперсионных потерь; Me – энергетический запас на старение оборудования (разность уровня мощности передачи максимального и минимального); N - число строительных длин кабеля; l ст – потери мощности на неразъемных стыках кабеля; N с – число разъемных стыков (2 или 4 стыка на участке секции регенерации); lстр – потери мощности на разъемных стыках; a с – километрическое затухание кабеля на заданной длине волны; a m – запас на повреждение (дБ/км). Строительная длина кабеля принимается в расчетах от 4 до 6 км.
Пример расчета для интерфейса V-64.2 с исходными данными:
Ps = 15дБм; PR = -23дБм; PD = 2дБ; Ме = 3дБ; l ст= 0.05дБ; lстр= 0.1дБ; α = 0.2дБ/км; αm = 0.05дБ/км; строительная длина кабеля 6км.
Число строительных длин на участке 132км составит М = 132/6 = 22.
С учетом потерь на стыках длина участка передачи составит
Т.о. длина участка составит 126,2 км с точки зрения допустимых потерь оптической мощности. На длине волны 1550 нм величина дисперсии не должна превышать 2400 пс/нм. Для стандартного одномодового волокна (рекомендация МСЭ-Т G.652) на волне 1550нм значение хроматической дисперсии составляет 18пс/нм×км, а на длине 126,2км будет
.
Т.о. норматив на хроматическую дисперсию выполняется при ширине спектральной линии источника излучения (лазер типа DFB) 1 нм. Однако на скорости передачи 10Гбит/с необходимо учитывать и поляризационную модовую дисперсию (ПМД),
,
где σпмд нормировано по отношению к длине волокна 
. В этом случае необходимо добавить к D хр величину D пмд, которая вычисляется:
пс.
Результирующая дисперсия определяется через соотношение
,т.е. 
Нетрудно заметить, что совокупная величина хроматической и поляризационной дисперсии не превосходит нормативное значение дисперсии для интерфейса V-64.2
Другой подход: определить требуемое значение дисперсии на 1км линии и сравнить с нормированным стандартным значением 18пс/нм×км:
.
Т.о. допустимый норматив 19.1пс/нм×км превышает нормированный, что указывает на допустимость использования интерфейса V-64.2 на участке длиной 126.2км.
По величине полученной километрической дисперсии можно выбрать:
- подходящий тип волокна;
- длину волны передатчика в диапазоне (1547-1562 нм);
- подходящую ширину спектральной линии передатчика, измеряемую в долях нм, например, 0.2 нм;
- подходящий компенсатор дисперсии при необходимости.
Также необходимо отметить, что некоторая часть оптических интерфейсов SDH специфицирована в рекомендации ITU-T G.959.1 для одноканальных (“цветных”) подключений в аппаратуре OTN-OTH.
Оптический интерфейс стандарта G.693 предназначен для передачи оптических сигналов во внутриофисных трактах на короткие дистанции. Параметры интерфейса определены: для передатчика – в точке MPI-S, для приемника – в точке MPI-R, а для оптического тракта – между точками MPI-S и MPI-R (рис.6.3). Однако оптический тракт не предусмотрен с оптическими усилителями.
Коды приложений интерфейсов имеют следующую структуру:
W-yAz,
где:
W указывает заданное расстояние:
– VSR600, VSR1000 и VSR2000 указывают соответственно расстояния в 0,6 км, 1 км и 2 км.
y указывает наивысший поддерживаемый класс оптического компонентного сигнала: 2 - NRZ 10G; 3 - NRZ 40G.
A указывает категорию затухания:
– R максимальное затухание 4 дБ;
– L максимальное затухание 6 дБ;
– M максимальное затухание 12 дБ;
– H максимальное затухание 16 дБ;
– V максимальное затухание в дБ (не определено).
Категория V введена для случая, когда максимальное значение затухания, создаваемое категорией H, слишком мало, чтобы охватить все приложения.
z указывает тип источника и оптического волокна:
– 1 источник 1310 нм для оптического волокна стандарта G.652;
– 2 источник 1550 нм для оптического волокна стандарта G.652;
– 3 источник 1550 нм для оптического волокна стандарта G.653;
– 5 источник 1550 нм для оптического волокна стандарта G.655.
Для некоторых прикладных кодов в конце кода добавляется индекс F для указания того, что в данном приложении требуется передача байтов FEC, как определено в рекомендации МСЭ-Т G.709/Y.1331.
Пример обозначения: VSR600-2R1, VSR – внутриофисное соединение или перемычка; 600 - дистанция в метрах; 2 - сигнал пользователя в формате NRZ на скорости 10Гбит/с; R – максимальное затухание 4дБ; 1 – источник 1310нм для волокна G.652. Детальные характеристики интерфейсов даны в приложении 2.
Одноканальные оптические интерфейсы IEEE 802.3 предназначены для поддержки передачи данных в сетях Ethernet на скоростях 10Мбит/с (IEEE802.3a-t 10BASE-FB, 10BASE-FP, 10BASE-FL), 100Мбит/с (IEEE802.3u 100BASE-FX), 1000Мбит/с (IEEE802.3z/ab 1000BASE-SX, 1000BASE-LH, 1000BASE-LS), 10Гбит/с (IEEE802.3ae 10GBASE-SR, 10GBASE-SW, 10GBASE-LX, 10GBASE-LR, 10GBASE-LW, 10GBASE-ER, 10GBASE-EW). Также разрабатывается стандарт на интерфейс 100GBASE-X со скоростным режимом передачи 100Гбит/с.
Ниже приведены некоторые выдержки из стандарта IEEE 802.3ae (10-Gigabit Ethernet по волоконно-оптическому кабелю) для трех различных семейств интерфейсов: 10GBASE-X, 10GBASE-R и 10GBASE-W. Они отличаются методами кодирования, используемыми при передаче трафика между сетевыми устройствами (8B/10B или 64B/66B), и наличием или отсутствием подуровней интерфейса WAN для согласования с сетями SDH уровня STM-64. В каждом семействе имеются различные реализации среды передачи данных.
В 10GBASE-X используется схема кодирования сигнала 8B/10B. Подуровни интерфейса WAN отсутствуют. Текущий стандарт IEEE 802.3ae предусматривает одну спецификацию, известную как 10GBASE-LX4. 10GBASE-R базируется на схеме кодирования 64B /66B. Для этого физического уровня имеется три типа среды: 10GBASE-SR, 10GBASE-LR и 10GBASE-ER.
Таблица 6.6 Примеры характеристик оптических интерфейсов для конверторов Ethernet на скорости 100 и 1000 Мбит/с (IEEE 802.3)
| Тип интерфейса Ethernet | Дальность передачи, км (тип волокна) | Диапазон волн, нм | Диапазон уровня мощности, дБм, (кодирование) | Перегрузка приемника, дБм | Чувствитель- ность приемника, дБм |
| 100BASE-F | 2 (ММВ) | 1270-1380 | От –20 до –14 (4В5В) | –14 | –34 |
| 1000BASE-LH | 70 (ОМВ) | 1480-1580 | От –3 до +2 (8В10В) | –3 | –23 |
| 1000BASE-LS | 10 (ОМВ) 0,55 (ММВ) | 1270-1335 | От –11 до –3 (8В10В) | –3 | –19 |
| 1000BASE-SX | 0,2- 0,5 (ММВ) | 830-860 | От –9,5 до –4 (8В10В) | –3 | –17 |
Интерфейс 10GBASE-W определяет инкапсуляцию 64B/66B-кодированных данных во фрейм STM-64. Здесь специфицируются следующие среды: 10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW. Интерфейсы 10GBASE-R и 10GBASE-W также имеют подуровень интерфейса WAN. Максимальная протяженность оптической линии в зависимости от типа волокон для интерфейсов 10GBASE-SX/SR/SW (длина волны 850 нм) показана в табл.6.7.
Таблица 6.7. Протяженность оптической линии для интерфейсов 10GBASE-SX/SR/SW
| Тип волокна | Широкополосность, МГц×км | Дистанция, м |
| 62.5 мкм ММВ | ||
| 62.5 мкм ММВ | ||
| 50 мкм ММВ | ||
| 50 мкм ММВ | ||
| 50 мкм ММВ |
Максимальная протяженность оптической линии в зависимости от типа волокон для интерфейсов 10GBASE-LX/LR/LW (длина волны 1300 нм) показана в табл. 6.8.
Таблица 6.8 Протяженность оптической линии для интерфейсов 10GBASE-LX/LR/LW
| Тип волокна | Широкополосность, МГц×км | Дистанция, м |
| 62.5 мкм ММВ | ||
| 50 мкм ММВ | ||
| 50 мкм ММВ | ||
| 10 мкм ОМВ | - |
Максимальная протяженность оптической линии с волокном типа SMF для интерфейсов 10GBASE-EX/ER/EW на волне 1550 нм не превышает 40км
|
|
|
