CC BY
138
Оценка узловой задержки в оптических системах спектрального уплотнения каналов (WDM) магистральных сетей
Ключевые слова:
узловая, временная задержка, спектральное уплотнение каналов, оптическая система WDM, магистральные сети
Рассмотрена методика оценки величины временной задержки, вносимой системой WDM. Даны результаты расчетов и соотношение узловых задержек и задержки распространения. Предложены рекомендации по уменьшению временной задержки системы WDM.
Салифов ИИ,
аспирант УрГУПС, кафедра "Связь", г. Екатеринбург
Согласно принципам построения магистральных сетей [1] в качестве технологической базы предполагается использование различных технологий [2], которые должны обеспечивать передачу необходимых типов и объемов трафика, надлежащий уровень мониторинга и качества обслуживания. К сожалению, современная архитектура сетей все больше становится разнородной и многослойной. Связано это с огромным разнообразием технологических решений.
Оптическая система спектрального уплотнения каналов (англ. Wavelength-division multiplexing, WDM) является одной из основных транспортных технологий, применяемых на магистральных линиях связи. Технология наиболее эффективно использует ресурсы оптической среды передачи в сравнении с другими транс-
портными технологиями, например, такими как SDH, ATM и 10GE WAN.
Для обеспечения гарантированного качества обслуживания (Quality of Seivice, QoS) магистральной сети с разнородным трафиком необходимо учитывать ряд параметров. В любой системе связи одним из ключевых параметров обеспечения качества обслуживания является временная задержка (f) и латентность сигнала (т) [3]. Эти показатели приобретает особую актуальность в современных условиях работы магистральных сетей — наличие разнородного трафика, основная часть которого критична к величине временной задержки, большая протяженность магистральных сетей России, и, как следствие, большое количество промежуточных узлов. Что привело к необходимости менять методики проектирования и анализа ре-
Рис. 1. Принцип построения терминального оборудования WDM
О (A,l) _
л dn
Л — k--------
dk
1+X a
A 2 -lt
--A-
1+ X A
A 2 A 2 -i
dk
где /( = 1,2,3) — экспериментальные коэф-
фициенты дисперсионной формулы Селмейе-ра (Бе!те1ег), характеризующие состав материала; X — длина волны оптического излуче-ния;п — показатель преломления среды передачи; /опт — оптическая длина тракта элемента;
с — скорость света, 2,998 • 105 [км/с] .
Процесс распространения сигнала через электрические компоненты физического уровня гораздо сложнее. Задержки электропроводящих соединительных проводов и дорожек рассчитываются исходя из физической длины и скорости распространения электромагнитных сигналов в среде передачи.
сурсов магистральных сетей, поскольку сейчас расчету показателя временной задержки уделяется недостаточное внимание.
Анализ инфраструктуры магистральной сети возможно провести лишь классифицировав слагаемые величины временной задержки. С этой целью рассмотрим принцип построения систем передачи спектрального уплотнения каналов (рис.1).
Подавляющее большинство существующих систем WDM соответствует концепции G.692 [4], которая предусматривает построение систем передачи по топологии "точка-точка". При этом узловое оборудование подразделяется на терминальное, регенерационное и ввода-вывода. Оборудование системы передачи WDM располагается на физическом и канальном уровнях согласно базовой эталонной модели взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection Basic Reference Model, OSI). Исходя из описанного принципа построения терминального оборудования, можно выделить основные слагаемые временной задержки и латентности сигнала (рис. 2).
Среди элементов физического уровня [5-8] можно выделить две категории для расчета: оптические и электрические компоненты. Для каждой из этих категорий свойственны свои, принципиально различные, методики расчета временной задержки.
Процесс распространения света через оптические компоненты физического уровня вызывает временные задержки сигнала, которые характеризуются скоростью распространения света в оптоволокне. Поэтому расчет будет заключаться: в определении длины оптического
пути прохождения сигнала через элементы, в определении показателя преломления среды распространения и в расчете временной задержки сигнала [3].
Расчет задержки распространения (Ьв! для оптического тракта элементов системы WDM ведется по следующей формуле:
l •
С
где £ — диэлектрическая проницаемость, характеризующая конструкцию медной среды распространения.
Задержки электрических элементов рассчитываются исходя из тактовых частот (временные диаграммы), ВАХ (вольт-амперных ха-
Компоненты системы WDM Вносимая задержка для \=1550 нм Гмкс!
Оптические элементы
Разветвитель сварной 0,02
Разветвитель планарный (РЬС) 0,02
Аттенюатор на воздушном зазоре 0,022
Аттенюатор на поглощающем фильтре 0,022
Изолятор 0,019
Циркулятор на 3 выхода 0,019
Фильтр на основе ВРв 0,019
Тонкопленочный фильтр 0,019
Усилитель БЭРА 0,51
Мультиплексор/демультиплексор на основе AWG 0,019
Мультиплексор/демультиплексор на основе ВРв 0,023
Компенсатор дисперсии на основе пассивного волокна 125,89
Компенсатор дисперсии на основе ВРв 0,051
Электрические элементы
Оптический приемник 0,04
Оптический лазер с внешним модулятором 0,04
Блок формирования клиентского сигнала 0,04
РЕС кодер/декодер (* - в зависимости от конструкции) 40-100*
Блок линейного усиления 0,04
Блок восстановления данных 0,2
Оптические компоненты WDM
1.112°/
□ Разветвитель
□ Изолятор
■ Фильтр
■ Усилитель EDFA
0,034%
0.035%
0.039%
0.034%
0,034%
0,034%
0,903%
■ Аттенюатор
□ Циркулятор
□ MUX/DMUX
□ Компенсатор дисперсии
Рис. 3. Распределение задержки между оптическими элементами в системе WDM
рактеристик) и передаточных характеристик. Они определяются быстродействием множества отдельных логических электронных элементов (временем срабатывания). При этом такие элементы, как FEC-кодер [9], относятся к канальному уровню и вносят латентность, так как характеризуюися не процессом распространения сигнала, а быстродействием выполняемого алгоритма упреждающего помехоустойчивого кодирования (Forward Error Correction, FEC) и зависят от конкретной его реализации.
Проведем расчет задержки для физического уровня технологии WDM (расчеты велись для навесных, а не интегральных элементов, для которых задержка будет еще меньше). В таблицу сведены численные результаты только для длины волны 1550 нм.
Однако необходимо учитывать следующее условие — процентное распределение рассчи-
тано для 100-километрового участка с двумя терминальными узлами (без промежуточных). При появлении промежуточных узлов произойдет увеличение отношения "число узлов/протяженность линии" и уменьшение доли задержки распространения оптической линии в общей величине задержки, вносимой системой WDM.
В расчете участвует только инфраструктура, связанная со спектральным уплотнением каналов (WDM), но не взята вся остальная инфраструктура наложенных сетей (SDH, 10GE WAN, ATM и других). Учитывая большую нало-женность современных магистральных сетей связи, доля задержки распространения еще больше упадет. Для полноценного анализа узловой задержки и латентности сигнала, возникающих в магистральных сетях, необходимо провести теоретическое исследование и рас-
чет слагаемых задержек сетей, наложенных на основную сеть WDM.
Выводы
В задержке системы передачи спектрального уплотнения каналов (WDM) по топологии "точка-точка" на узловую задержку приходится около 24%, а остальные 76% составляет задержка распространения.
Временная задержка значительно ухудшает интегральную оценку качества обслуживания, что определяет необходимость применения решений, которые позволят контролировать и уменьшать величину временной задержки. Для систем WDM такие решения будут следующими.
• Оптимизация линейной инфраструктуры на этапе проектирования или формирования необходимых трактов.
• Применение иных, альтернативных решений по компенсации дисперсии в высокоскоростных системах связи, помимо пассивного компенсирующего волокна. Например, компенсаторов на основе решетки Брэгга или электронных методов компенсации дисперсии.
• Применение быстродействующих алгоритмов упреждающего помехоустойчивого кодирования. При этом необходимо учесть тот факт, что современные FEC-кодеры только усложняются.
Литература
1. Слепов Н.Н. Особенности современной технологии WDM. // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. — 2004. — № 6. — С. 68-76.
2. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи. 2-е исправл.изд.
— М., 2003. — 468 с.
3. Салифов И.И. Расчет и сравнение сред передачи современных магистральных сетей связи по критерию латентности (задержки) // T-Comm. — 2009. — №4. — С. 42-45.
4. ITU-T G.692 Optical interfaces for multi-channel systems witch optical amplifiers.
5. ITU-T G.671 Transmission characteristics of optical components and subsystems.
6. Наний О.Е. Приемники цифровых волоконнооптических систем связи//Lightwave Russian Edition.
— №1, 2004. — C. 50-51.
7. ITU-T G.665 Generic characteristics of Raman amplifiers and Raman amplified subsystems.
8. ITU-T G.680 Physical transfer functions of optical networks elements.
9. ITU-T G.975 Forward error correction for submarine systems.
489,7 mkc (75,71%)
□ оптические компоненты
□ среда распространения
57,126 мкс (8,1
I электронные компоненты
Рис- 4. Процентное распределение величины задержки в системе WDM топологии "точка-точка" и задержки распространения линии 100 км
