Hlavní navigace

Vlnový multiplex pro efektivní využití optické sítě UPC Business

Optické sítě jsou základem dnešní datové infrastruktury. Když se začínaly stavět, byla jejich kapacita mnohonásobně nižší než nyní a požadavky na její navyšování neustále rostou více méně podle Moorova zákona exponenciálním růstem.

Doba čtení: 9 minut

Sdílet

Celou síť je třeba průběžně upgradovat. Pro rozšiřování kapacity je bezesporu klíčovou technologie DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing, hustý vlnový multiplex). V České republice jsou již od počátku výstavby optických sítí rozšířena standardní vlákna G.652, případně vlákna dle G.655, která jsou pro tuto technologii vhodná. Budujeme tu novou moderní DWDM síť využívající vícesměrovou ROADM technologii v jednotlivých uzlech sítě, která pro nově budované kapacity pro přenos dat v páteřní síti využívá technologii koherentní detekce,“ říká Tomáš Koten, Network Engineer společnosti UPC Business.

Proč jsou investice do DWDM pro optické sítě tak důležité?

Je to jeden ze základních kamenů sítě. Životnost optických kabelů je mnoho desítek let a je prakticky nemožné rozšiřovat kapacitu sítě tím, že budeme fyzicky přidávat další vlákna. Technologie DWDM, obecněji xWDM, umožní využít vlákno pro násobně větší přenosové kapacity. Technologie je ve své nejjednodušší formě použitelná při řešení posledních mílí, tj. v přístupových sítích, na druhou stranu se sofistikovaná forma využívá pro propojení kontinentů s přenosy na vzdálenost několika tisíců kilometrů. DWDM znám ze své praxe už od přelomu tisíciletí, kdy se u nás instaloval první komerční systém a mohu zodpovědně říci, že neexistuje jiná technologie, kterou by se dala technologie DWDM smysluplně nahradit.

Jak moc je pomocí DWDM možné kapacitu zvýšit?

V rámci C-pásma, tedy přenosového okna zhruba od 1 530 do 1 570 nm, se v dnešní době naskládá až 96 kanálů. Když si tedy vezmete pár optických vláken, pro každý směr přenosu jedno, místo provozování jednoho optického spoje jich tam díky tomu můžete mít 96. Takže vlákno využijete téměř stonásobně více. V rámci ČR je takováto kapacita až nadbytečná a většina v minulosti postavených sítí např. se 40kanálovým systémem je z praxe naprosto vyhovující.

Na kolika procentech sítě UPC je technologie DWDM nasazená?

Je na ní postavená celá naše celorepubliková páteřní síť, která slouží také pro divizi UPC Business. Proto do budoucna nemám žádné obavy, že bychom nebyli schopni uspokojit požadavky našich zákazníků. Páteřní síť je navíc koncipovaná tak, že do naprosté většiny lokalit je možné dostat se minimálně ze dvou směrů, takže je možné provoz zálohovat. Mimo páteřní síť proniká DWDM technologie až do poslední míle k zákazníkovi. Je tam ale pouze pasivní. Nejsou tam zesilovače, jen pasivní filtr. Nicméně, i tak to umožnuje do lokalit, kde je potenciál rozvoje služeb, zavádět větší kapacitu.

Jaká jsou největší bariéry na rozšiřování DWDM?

Omezení technologie paradoxně nejsou v ní samotné, ale v dalších technických záležitostech potřebných k jejímu provozu. Představme si 96 kanálů na jednom vlákně, které jsou ukončené na 2účkovém (2 Rack Unit) zařízení, což je optický multiplexer/demultiplexer, do kterého se připojují jednotlivé kanály. Každý z kanálů potřebujeme ukončit na LINE portu karty, které se říká transpondér, příp. muxponder. Tu kartu musíte nainstalovat do nějakého šasi a k tomu zajistit zálohované napájení, dostatek místa, chlazení. Největší omezení je právě zajistit místo na toto všechno, což je nutné, aby byl systém spolehlivý, nepřehříval se a nechyboval.

Jak v praxi DWDM systém funguje?

DWDM systém využívá přenosového okna C jednovidového vlákna kolem 1 550 nm, což je část spektra, které není lidským okem viditelné. Každý z 96 kanálů pak využívá jinou část spektra s jinou barvou světla. Takže máte k dispozici 96 odstínů barev pro přenos 96 různých signálů. Když budu mít např. starší kartu, která má LINE transceiver 10 Gb/s, mohu přes managementový systém sítě nastavit, že bude svítit na „červené“ barvě. A pak tu mám 200 Gb/s kartu a té nastavím, že na LINE portu bude svítit „zeleně“. Vše si mohu nastavit softwarově. Barvy se zmultiplexují v optickém multiplexeru, takže na výstupu mutiplexeru máme celé spektrum barev, v tomto případě barvy dvě. Spektrum pošlu do vlákna, případně to předtím ještě zesílím tzv. boosterem. Pokud mám hodně dlouho trasu, třeba z Prahy do Ostravy, tak na trase potřebuji signál několikrát zesílit. To se děje pomocí zesilovačů, které mají takové parametry, aby do signálu vnesly co nejméně šumu. Na opačném konci vlákna barvy rozdělím optickým demultiplexerem a přenesený signál dané barvy zpracuji v přijímací části LINE transceiveru.

Jak zajistíte, aby kanály s takto odlišnými rychlostmi mohly dobře fungovat vedle sebe?

Samotný základní princip DWDM technologie umožňuje transparentní přenos různých signálů i s odlišnými rychlostmi. Problém je v tom, že v dnešní době se pro vysokorychlostní přenosy používají několikastavové modulace, které by mohly být nepříznivě ovlivněny přenosem s dříve používanou On/Off modulací, zejména při přenosu na velké vzdálenosti. My se musíme umět vypořádat s tím, že síť kontinuálně upgradujeme a starší i novější technologie v ní existují současně.

Jak se to řeší v praxi?

Je potřeba hlídat, aby se kanál se starou modulací (on/off), nepoužíval vedle kanálu s vícestavovou modulací, zejména při přenosech na dlouhé vzdálenosti. Nemůžeme si dovolit všechny staré karty vyhodit a nahradit je novými, a to jak z provozního, tak z ekonomického hlediska. Je tedy vždy období, kdy se to sejde dohromady a musí se to řešit. Nejlepším způsobem je staré karty používat v jedné části spektra a nové v jiné. Mezi nimi pak nechat odstup několika kanálů ve spektru, který výrobci nazývají guard band. Jde tedy o správný management spektra v rámci provozování sítě s ohledem na stávající a budoucí provozované přenosové kapacity a přechodové stavy v rámci upgrade technologie.


Takže přenosy jsou spolehlivé a fungují bez chyb?

Ano. Při správně navržené síti s dostatečnými rezervami klíčových parametrů s využitím např. technologie korekce chyb, kdy chyby vzniklé během přenosu cíleně korigujeme, jsou přenosy bez chyb. To se testuje měřením při výstavbě nové linky a kontroluje tzv. performance monitoringem během provozu.

Jak korekce probíhá?

Signál, který běží na dlouhou vzdálenost, je vždy nějakým způsobem poškozený. Vstupují do toho např. přeslechy ze sousedních kanálů, disperze, je tam optický šum atd. Když pošlu signál z Prahy do Ostravy, je na konci degradovaný. Proto se už na 10Gb/s přenosech přišlo na to, že by bylo vhodné uživatelská data překódovat tak, abych na druhém konci poznal, že byl nějaký bit přenesený špatně a zároveň byl schopný poznat, který to byl, a opravit to. Takové překódování s možností opravy chyb je umožněno díky přenosu informace pro korekci chyb, tj. cca 20 % kapacity je použito pro korekční data, záleží na konkrétní implementaci. Bez toho by moderní technologie DWDM nefungovala. Dříve se používal fixní kodér a dekodér (HD FEC), kdežto teď se používá takzvaný SD FEC (soft decision forward error correction). Uživatelská data jsou před přenosem překódována tak, aby bylo možné je na konci opravit.

Kolik je tam chyb?

Když vezmu signál 200 Gb/s, jsou jich tam za čtvrt hodiny stovky nebo tisíce miliónů i více, ale v reálném čase se opraví. Chyby jsou normálním projevem technologie pro přenos 100 Gb/s a výše, jsou pod kontrolou a v celkovém objemu nedosahují obvykle více než cca 1 promile z přenesených dat.

Jak konkrétně při modernizaci sítě postupujete?

Rozvoj sítě, kterou využívají i firemní zákazníci UPC Business, jede ve třech směrech. Zvyšuje se kapacita v jednom kanálu, zvyšuje počet kanálů ve spektru a rozvíjí se možnosti řízení sítě. Je to tlačené vývojem technologie a dostupnosti komponentů, ze kterých se jednotlivé karty a systém skládají. Proces změn v síti se stále zrychluje. Upgrade sítě je kontinuální. Třeba zesilovače a filtry se používají zhruba deset let, ale koncové karty se mění častěji. Pro provozovatele sítě pak není triviální navrhnout DWDM síť optimálně, aby byla v souladu se zvolenou koncepcí v návaznosti na vyšší vrstvy sítě např. z pohledu zálohování provozu, implementace L2 služeb apod. Před třemi lety jsme se rozhodli, že uděláme velký upgrade technologie. Máme tu z části starý systém, který byl nainstalovaný před deseti lety. Budujeme novou moderní síť s novou generací vícesměrových ROADM uzlů, která už počítá s tím, že bude používat jen koherentní detekci. To znamená, že v jednom kanále, který přenáší data na delší vzdálenost, nikdy nebude menší rychlost než 100 Gb/s. Cílem je i v rámci upgradů a výměny technologie zajistit, aby služby fungovaly za všech okolností. Nemůžeme si například říct, že končíme s jedním výrobcem a nasadíme tam technologii od jiného, tak to na měsíc vypneme, to nejde.

Na jakou rychlost přecházíte?

V současné době používáme 200 Gb/s na DWDM kanál. Dostupné jsou už karty, které mají možnost si vybrat, jakou přenosovou rychlost v kanále chcete mít, využívá se vícestavových modulací. Čím více má modulace stavů, tím přenese více dat, ale tím je také více choulostivá na šum, který v signálu je, tím pádem je dosah kratší. Nicméně výrobce, jehož technologii používáme v síti, by měl být letos schopen dodat kartu, která má v jednom kanále kapacitu až 1,2 Tb/s. Je tam 12 sto GE portů, šestkrát více než využíváme nyní. Zní to dobře, ovšem je potřeba k tomu říct i B. Potíž je, že pokud máte signál 1,2 Tb/s, tak se nevejde do dnes standardně používaného kanálu 50 GHz.

Jak se to dá řešit?

Například tím, že máte v síti nainstalované starší systémy, které nemají 96 kanálů, ale jen 40 kanálů, které používají šířku 100 GHz. To jsou paradoxně ty starší. Nebo musíte použít úplně poslední technologii, která je dostupná. Souvisí s použitím nových ROADM karet (reconfigurable optical add-drop multiplexer) v síti. Nejnovější trend je, že máte karty, kde je šířka kanálu volitelná. Díky tomu si můžete nastavit kanál tak široký, jak potřebujete, abyste tam danou kapacitní linku byli schopní postavit. Tuto technologii nyní používáme při upgradu části páteřní sítě z Prahy směrem do Ostravy.

Kolik používáte dodavatelů těchto technologií?

V současné době máme dva hlavní. Další velmi pravděpodobně přibude sloučením s Vodafonem. Důležité je mít s výrobcem navázaný dlouhodobý úzký vztah, protože rozvoj technologie je čím dál rychlejší. Musíte mít takové dodavatele technologie, kteří jsou schopni vám v krátké době pomoci s různými situacemi, které provoz sítě přináší. Je třeba s nimi mít velmi dobré a úzké vztahy, aby případné problémy bylo možné efektivně a rychle vyřešit. To je klíčové.

Můžete uvést případ nějakého nečekaného problému, na kterém důležitost dobrého vztahu s dodavatelem ukážete?

Měli jsme případ, kdy se udělal upgrade systému, tři měsíce běželo vše v pořádku. Až se jednou na Moravě restartovala jedna karta a provoz nenaběhl zpátky. Začalo se zkoumat, čím to je, aby se došlo k tomu, že je nekompatibilita mezi firmware transceiveru a firmware výrobce, kterým se ovládá LINE transceiver. Situace je tedy složitá v tom, že LINE transceivery vyrábí několik firem a ty si pak kupuje výrobce DWDM systému jako takového a integruje je do celkového řešení, který vytváří on sám. Ve výsledku pak máte systém, ve kterém funguje několik vrstev firmware/software. Museli jsme to řešit přes dodavatele DWDM systému až s dodavatelem komponenty. Podařilo se rychle najít tzv. workaround (dočasné řešení) a situaci vyřešit jen díky dobrým vztahům s naším dodavatelem DWDM technologie a odhodlání našeho týmu obnovit provoz na dotčené lince co nejrychleji.


Optická ani jiná síť operátora se v podstatě nikdy nemůže dostat do fáze, že by byla hotová a nepotřebovala další zásahy. Tím, jak se vyvíjejí technologie a mění se i požadavky zákazníků, je třeba se o kompletní infrastrukturu neustále starat. Dnešní sítě se tedy nacházejí ve stavu prakticky neustálého upgrade. Někdy je to s větší, jindy s menší intenzitou, ale zlepšování se děje kontinuálně. Klade to vysoké nároky na techniky, jejichž znalosti jsou pro to nezbytné, a také na plánování činností pro zajištění spolehlivého provozu sítí nyní i v budoucnu.

Uvažujete o stabilním a rychlém internetu pro vaši firmu, kterému v UPC Business,  říkají Chytrá optika? Obraťte se na ně přes kontaktní formulář, zelenou linku 800 872 400 nebo e-mailovou adresu firma@upcbusiness.cz.