Hlavní navigace

Optická laboratoř: optika není zdaleka jen internet

Petr Krčmář

Reportáž z návštěvy v optické laboratoře sdružení CESNET, ve které je možné vidět zajímavou techniku, vyzkoušet si provoz optické trasy a simulovat vzdálenost pomocí 300 km vláken.

V rámci konference LinuxDays jsme měli možnost navštívit také Laboratoř optických softwarově definovaných sítí (SDN) sdružení CESNET, která se nachází v 11. patře budovy FIT ČVUT v Dejvicích. Jelikož je pro akademickou síť optika naprosto klíčová, mají tu zaměstnanci a také studenti možnost testovat různé prvky a jejich zapojení v reálných podmínkách.

Čtěte dále: Na návštěvě v síťovém srdci sdružení CESNET

Samotný prostor není nijak zvlášť veliký, vlastně je to běžná kancelář. Uprostřed velký stůl a u jedné stěny několik skříní a racků. Náš průvodce Jan Kundrát otevírá jednu ze skříní, ve které jsou k vidění optické prvky. Tady máme model reálného přenosového systému, který běží mezi dvěma městy, vysvětluje Kundrát.

Optická síť je obvykle chápána jako médium pro vysokokapacitní přenos dat, nejčastěji internetových. Je možné ji ale využít daleko sofistikovaněji jako obecnou přenosovou soustavu. Naše oddělení je zajímavé v tom, že se snažíme optiku využít také k jiným účelům než je prostý přenos dat. Příkladem je velmi přesná metrologie, zejména synchronizace frekvence. V Brně v laboratoři v Ústavu přístrojové techniky je například vodíkový maser a jakmile jej dokážeme připojit k optice, můžeme naší sítí šířit velmi přesné pulzy.

V takovém typu aplikace nejsou zapojeny optoelektronické prvky, které by přesnost narušovaly. Pracuje se skutečně pouze se světlem putujícím skrz skleněné vlákno až do cíle. V síti jsou samozřejmě zapojeny zesilovače, ale ty také pracují na čistě optické úrovni. Používá se vlákno dotované erbiem, které je buzeno čerpacím laserem a procházející paprsek si část této energie odebere, popisuje princip zesilovače Kundrát.

Čtěte dále: CzechLight: český optický zesilovač řízený Linuxem

V této laboratoři jsou k dispozici tři špulky optického vlákna, na každé z nich je ho 100 kilometrů. To simuluje trasu zakopanou někde mezi dvěma vzdálenějšími městy. K dispozici je tu také optický spektrální analyzátor, na kterém je možné v reálném čase sledovat signály ve vlákně. Tady vidíte, že jsou použité čtyři kanály, v každém z nich teď běží nějaký přenos, ukazuje nám současný stav Kundrát. Kvůli analýze je do vlákna zapojen také multicast switch, který dovoluje několik procent signálu odklonit do analyzátoru a zbytek poslat dále.

Součástí laboratorní trasy je i zmíněný optický zesilovač, aby bylo možné posílat signál na takto velkou vzdálenost. Máme tu dvoumodulový zesilovač, tedy vlastně čtyři zesilovače – v každém je totiž předzesilovač a výkonový zesilovač. Ten je možné vřadit mezi jednotlivé špulky s optickým vláknem a sledovat jeho vliv na signál.

Všechny konce jednotlivých špulek jsou připojeny do softwarově řízeného optického přepínače, který vytváří matici 16×16 a je schopen přímo propojit libovolný konec vlákna s jiným koncem. Funguje to na bází mikrooptických zrcátek, díky kterým není potřeba ručně manipulovat s kabely a konektory, ale vše se dá ovládat na dálku.

Jan Kundrát nám hned předvádí ukázku celé soustavy. Na jednom z displejů je k vidění výstup serveru, který posílá trvale ping na druhý server. Mezi nimi je teď 300 kilometrů vedení, což generuje latenci okolo 3 ms při cestě tam a zpět. Aniž tu budu na něco sahat, připojím se dálkově na přepínací prvek a jednu špulku vynechám, říká Kundrát. Při zkracování trasy je skutečně vidět nárůst signálu na analyzátoru a latence patřičně klesá – přibližně o 1 ms za každých 100 kilometrů vlákna.

V laboratoři je možné simulovat také různou úroveň útlumu, čímž se navozují různé chybové stavy související buď se stárnutím vlákna nebo manipulací s ním. V reálném provozu potřebujeme, aby všechny signály procházející jedním vláknem byly přibližně stejně silné. K tomu nám slouží zařízení s optickým hranolem a variabilními útlumovými členy. Síťaři tak mohou různé vlnové délky nezávisle ekvalizovat a až následně stejnoměrný signál lineárně zesílit, pomocí hranolu sloučit do jednoho toku a ten vyslat optickým vláknem.

Řada zde použitých zařízení jsou prototypy, které vznikají během vývoje optických prvků. My v CESNETu ta zařízení navrhujeme a licencujeme různým výrobcům, aby je stavěli. Používají se pak v různých sítích. Výhodou optických tras je, že je možné po nich zároveň posílat různé signály – na jednom vlákně tak vedle sebe mohou běžet třeba 1G linky společně s 10G, 100G i více.

Optická laboratoř má dva hlavní účely: testování technologií a trénink správců. Tyhle věci je možné simulovat v softwaru, ale při učení je vždycky lepší sáhnout si na reálné zařízení a vidět výsledky svých zásahů v praxi, vysvětluje Kundrát. Zároveň je tu prostor i pro studenty, kteří by chtěli v laboratoři provádět výzkum a vlastní experimenty. Je možné se odsud připojit k infrastruktuře CESNETu a dělat i větší věci. Máme v plánu laboratoř rozšířit na celorepublikovou úroveň, uzavírá náš průvodce prohlídku.

Našli jste v článku chybu?
1. 11. 2016 8:48

Obvykle to funguje tak, že magneti někde vykopou nebo ustřihnou kabely, nahází je do stavebního kolečka a zapálí. V tomto případě pak čučí, protože v kolečku nezbude hledaná měď, ale jen popel. A škoda je na světě.

1. 11. 2016 13:51

Vlakno zakopane v zemi nastesti nema na 100km stovku jednotlivych svaru :). Kazdy svar ovlivnuje prenos signalu, nasim cilem je priblizit podminky v laboratori skutecnemu provozu, a na to se nam vice hodi spulky s desitkami kilometru jednovlakna.