Aktywna infrastruktura optyczna: co świeci, wzmacnia, przełącza i obserwuje światłowód
Łącze światłowodowe to pasywne szkło między dwoma aktywnymi końcami. Wszystko, co ma zasilanie w torze optycznym — transceivery na końcach, konwertery mediów i transpondery, wzmacniacze i regeneratory pośrodku, ROADM-y, OLT-y i ONU sieci PON, przełączniki ochronne oraz monitory, które to wszystko obserwują — to aktywna infrastruktura optyczna. Zamienia bity na światło i z powrotem, odtwarza to, co zabrała infrastruktura pasywna, wybiera trasy i raportuje, co dzieje się z łączem. Ta sekcja umieszcza te elementy na łączu, pokazuje, jak współdziałają z infrastrukturą pasywną, i odsyła do kategorii transceiverów, gdzie sam moduł — formaty obudowy, pamięć, diagnostyka, kompatybilność — jest omówiony szczegółowo.
Pasywne i aktywne: dwie połowy łącza
| Infrastruktura pasywna | Infrastruktura aktywna |
|---|
| Co to jest | światłowód, kable, złącza, spawy, splittery, filtry, mufy, panele | transceivery, porty hosta, konwertery mediów, transpondery, wzmacniacze, ROADM-y, OLT/ONU, przełączniki ochronne, monitory |
| Wymaga zasilania | nie | tak — oraz zasilania awaryjnego z baterii na obiektach bezobsługowych |
| Co robi ze światłem | tłumi, odbija, wprowadza dyspersję, kieruje według długości fali | generuje, wykrywa, wzmacnia, regeneruje, przełącza, mierzy |
| Żywotność | 25–40 lat | 5–15 lat (lasery się starzą, elektronika staje się przestarzała) |
| Rodzaj awarii | powolna degradacja, nagłe przerwania | zasilanie, koniec żywotności lasera, firmware, przegrzanie |
| Zarządzanie | rejestry i testy okresowe | telemetria na żywo, alarmy, oprogramowanie |
| Szczegóły | Infrastruktura pasywna | ta sekcja |
Mapa elementów aktywnych
| Element | Rola | Gdzie na łączu | Więcej informacji |
|---|
| Transceiver (SFP, QSFP, OSFP …) | zamienia elektryczne linie na światło i z powrotem; laser, fotodioda, sterowniki, DSP i diagnostyka w jednym module wpinanym | oba końce, wewnątrz przełącznika, routera, NIC, OLT lub portu transpondera | Transceivery w łączu, Czym jest transceiver |
| Port hosta | zasila moduł, zakańcza linie elektryczne, obsługuje MAC/PCS, odczytuje diagnostykę | przełącznik, router, NIC serwera | Porty i uplinki, Porty NIC i PCIe |
| Konwerter mediów, repeater OEO | konwersja miedź ↔ światłowód lub światłowód ↔ światłowód bez przełącznika; regeneracja 2R | końce małych łączy, przedłużanie portu miedzianego przez światłowód | Sprzęt transportowy i dostępowy |
| Transponder, muxponder | odwzorowuje szary sygnał klienta na kolorowaną długość fali DWDM, często z ramkowaniem OTN i FEC; agreguje klientów | terminale DWDM | jak wyżej; Projektowanie sieci DWDM i OTN |
| Wzmacniacz optyczny (EDFA, Raman, SOA) | odtwarza moc utraconą w światłowodzie bez ingerencji w dane | booster za multiplekserem, wzmacniacz liniowy co 80–120 km, przedwzmacniacz przed demultiplekserem | Wzmacniacze i regeneracja |
| Regenerator (OEO, 3R) | odbiera, retaktuje, kształtuje na nowo i retransmituje — resetuje szum i dyspersję | tam, gdzie samo wzmocnienie nie daje już wystarczającego OSNR | jak wyżej |
| ROADM, WSS, przełącznik optyczny | dodaje, wydziela i przekierowuje długości fali na poszczególne porty | węzły DWDM z więcej niż dwoma kierunkami | Sprzęt transportowy i dostępowy, Komponenty DWDM |
| Optyczny przełącznik ochronny | przełącza ruch na zapasowy światłowód lub trasę w czasie poniżej 50 ms | łącza chronione, pierścienie | jak wyżej |
| OLT i ONU/ONT sieci PON | koniec centralny i końce abonenckie drzewa punkt-wielopunkt | centrala i lokal klienta | jak wyżej; Jak działa PON |
| Moduł kompensacji dyspersji | znosi dyspersję chromatyczną — pasywny światłowód lub siatka Bragga, ale umieszczony razem ze wzmacniaczami | stacje wzmacniaczy starszych linii 10G/40G | Dyspersja i szerokość pasma |
| Monitory (DDM, OSC, OCM, RFTS, porty OTDR) | mierzą moc, widmo, zdarzenia w światłowodzie; przenoszą zarządzanie między obiektami | każdy element aktywny; dedykowane jednostki na stacjach linii | Monitorowanie i zarządzanie |
| Zasilanie i środowisko | −48 V DC, AC, baterie, chłodzenie, szafy i kontenery | każdy obiekt aktywny, w tym szafy uliczne i słupy | Sprzęt transportowy i dostępowy |
Skąd biorą się decybele i dokąd trafiają
| Etap | Pasywny czy aktywny | Wpływ na budżet mocy |
|---|
| Nadajnik (laser) | aktywny | ustala moc nadawaną: −8 … +4 dBm dla modułów wpinanych, do +23 dBm za boosterem |
| Złącza, spawy, światłowód, splittery, filtry | pasywny | każde pochłania 0,05–20 dB; strata infrastruktury (Budżet łącza) |
| Wzmacniacz | aktywny | dodaje 15–30 dB wzmocnienia i trochę szumu; budżet staje się budżetem OSNR |
| Dyspersja, PMD, nieliniowość | fizyka pasywna | kary w dB albo twarde ograniczenia zasięgu; DSP w module koherentnym kompensuje je elektronicznie |
| Odbiornik (fotodioda, TIA, CDR/DSP, FEC) | aktywny | ustala czułość (−14 … −30 dBm) i próg przesterowania (+3 … −7 dBm) |
| Regenerator | aktywny | resetuje wszystko; zaczyna się nowe łącze |
Łącze projektuje się albo jako budżet mocy (bez wzmocnienia: nadajnik minus odbiornik w odniesieniu do strat infrastruktury), albo jako budżet OSNR (wzmocnione: szum skumulowany na odcinkach w odniesieniu do wymagań odbiornika); o tym, który wariant, decydują elementy aktywne (Wzmacniacze i regeneracja).
Własność i demarkacja
| Model | Co otrzymuje klient | Elementy aktywne będące własnością klienta |
|---|
| Ciemny światłowód | parę włókien między dwoma panelami | wszystko — transceivery, wzmacniacze, monitoring |
| Oświetlona długość fali | jeden kanał DWDM w systemie liniowym operatora; „czarne łącze” z ITU-T G.698.2 o określonej mocy i dyspersji w punkcie demarkacji | transceivery lub transpondery na obu końcach |
| Zarządzana usługa Ethernet lub OTN | port z umową o poziomie usług (SLA) | nic optycznego; transceiver operatora znajduje się naprzeciwko transceivera klienta |
| PON | ONU w lokalu klienta | ONU (albo klucz ONU w przełączniku klienta) |
| Własna sieć | wszystko | wszystko |
Punkty demarkacji to miejsca, w których spotykają się odpowiedzialność za infrastrukturę i za część aktywną: operator gwarantuje okno mocy i stratę; moduł klienta musi się w nie zmieścić (Topologie sieci światłowodowych).
Cykl życia infrastruktury aktywnej
| Aspekt | Rzeczywistość |
|---|
| Czas eksploatacji | lasery 10–20 lat, moduły wpinane wymieniane z każdą generacją prędkości (5–7 lat), systemy liniowe 10–15 lat |
| Sygnatura starzenia | rosnący prąd polaryzacji lasera przy stałej mocy, malejąca sprawność pomp wzmacniacza, zużycie wentylatorów (Prąd polaryzacji Tx i starzenie się lasera) |
| Zależność od zasilania | obiekt bez zasilania to jak przerwany światłowód; baterie na 4–8 godzin na stacjach wzmacniaczy i OLT, generatory na dłużej |
| Firmware | moduły, hosty i systemy liniowe mają firmware; aktualizacje zmieniają kompatybilność (Macierze kompatybilności i firmware) |
| Części zapasowe | 5–10 % modułów każdego typu, karty pomp wzmacniaczy, wentylatory i zasilacze (Konserwacja i przywracanie) |
| Bezpieczeństwo | klasa 1 przy modułach wpinanych, klasa 3B/4 przy wzmacniaczach — poziom zagrożenia ustala strona aktywna (Bezpieczeństwo i postępowanie) |
| Kompatybilność | kodowanie producenta modułów i hostów to problem strony aktywnej, którego infrastruktura pasywna nigdy nie ma (Blokada producenta) |
Dalej w kategorii transceiverów
W CodingBox
CodingBox to stanowisko dla najmniejszego elementu aktywnego: zasila transceiver poza hostem, odczytuje jego dane identyfikacyjne, możliwości i diagnostykę, i pozwala zweryfikować moduł, zanim spotka się on ze światłowodem i portem hosta. Wszystko, co ta sekcja mówi o mocy nadawanej, długości fali, ograniczeniach odbiornika i diagnostyce, jest odczytywane z pamięci samego modułu na ekranach Check i DDM (Check transceiver, DDM w aplikacji).