Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Технологія, стандарти та оптичне волокно для 10 Gigabit Ethernet
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Кафедра Телекомунікацій
Інформація про роботу
Рік:
2008
Тип роботи:
Курсова робота
Предмет:
Інформаційні мережі зв’язку
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
Інститут телекомунікації, радіоелектроніки і електронної техніки
Кафедра Телекомунікацій
Курсова робота
з дисципліни : “Інформаційні мережі зв’язку”
на тему: “Технологія, стандарти та оптичне волокно для
10 Gigabit Ethernet ”
Львів 2008
ЗМІСТ
ВСТУП 3
РОЗДІЛ 1. ТЕХНОЛОГІЯ 10 GIGABIT ETHERNET 4
РОЗДІЛ 2 ОПТИЧНЕ ВОЛОКНО 7
2.1 Багатомодове волокно і 10-gigabit Ethernet 7
2.2 Стандартне одномодове волокно IEC 60793-2 B1.1 & B1.3 /
ITU G.652 8
2.3 Волокно із зміщеною дисперсією (DSF) - IEC 60793-2 B2 /
ITU G.653 9
2.4 Одномодове волокно із зміщеною довжиною хвилівідсічення –
IEC 60793-2 / B1.2 / ITU G.654 10
2.5 Волокно з ненульовою зміщеною дисперсією (NZDSF) –
IEC 60793-2 B4 / ITU G.655 10
2.6 Одномодове волокно і 10-gigabit Ethernet 11
РОЗДІЛ 3. АНАЛІЗ КОНСТРУКЦІЇ ВОЛОКНА ДЛЯ МЕРЕЖ 10-GIGABIT
ETHERNET 13
ВИСНОВКИ 18
ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА 19
ВСТУП
Сьогодні технологія Ethernet займає лідируюче положення в секторі високопродуктивних локальних мереж. У всьому світі підприємства вкладають засоби в кабельні системи і устаткування для Ethernet, для навчання персоналу. Широке розповсюдження цієї технології дозволяє утримувати низькі ціни на ринку, а вартість впровадження кожного нового покоління мереж має тенденцію до зниження. Постійне зростання об'єму трафіку в сучасних мережах примушує операторів, адміністраторів і архітекторів корпоративних мереж придивлятися до швидших мережевих технологій, щоб вирішити проблему дефіциту пропускної спроможності. Додавання в сімейство Ethernet стандарту 10-gigabit Ethernet дозволяє підтримувати в локальних мережах нові ресурсоємні застосування.
З'явившись більше чверті століття назад, технологія Ethernet незабаром стала домінуючою в побудові локальних мереж. Завдяки простоті інсталяції і супроводу, надійності і низькій вартості реалізації її популярність виросла настільки, що сьогодні можна сміливо затверджувати - майже весь трафік в Інтернеті починається і закінчується в Ethernet-мережах. Стандарт IEEE 802.3ae 10-gigabit Ethernet, схвалений в червні 2002 р., став поворотним пунктом в розвитку цієї технології. З його появою область використання Ethernet розширюється до масштабів міських (MAN) і глобальних (WAN) мереж.
Існує цілий ряд ринкових чинників, які, за твердженням галузевих аналітиків, сприяють виходу технології 10-gigabit Ethernet на перший план. У розвитку мережевих технологій вже стала традиційною поява альянсу компаній-розробників, основне завдання якого полягає в просуванні нових мереж. Не стала виключенням і 10-gigabit Ethernet. У витоків цієї технології стояла організація 10-gigabit Ethernet Alliance (10 GEA), в яку входили такі гіганти індустрії, як 3com, Cisco, Nortel, Intel, Sun і безліч інших (всього більше ста) компаній. Якщо в попередніх версіях Fast Ethernet або Gigabit Ethernet розробники запозичили окремі елементи інших технологій, то специфікації нового стандарту створювалися практично з нуля. Крім того, проект 10-gigabit Ethernet був орієнтований на крупні транспортні і магістральні мережі, наприклад, масштабу міста, тоді як навіть Gigabit Ethernet розроблявся виключно для застосування в локальних мережах.
РОЗДІЛ 1. ТЕХНОЛОГІЯ 10 GIGABIT ETHERNET
Стандарт 10-gigabit Ethernet передбачає передачу інформаційного потоку на швидкості до 10 Гбіт/с по одно- і багатомодовому оптичному кабелю. Залежно від середовища передачі відстань може складати від 65 м до 40 км. Новий стандарт повинен був забезпечити виконання наступних основних технічних вимог:
- двонаправлений обмін даними в дуплексному режимі в мережах топології крапка-крапка;
- підтримка швидкості передачі даних 10 Гбіт/с на МАС-рівні;
- специфікація фізичного рівня LAN PHY для з'єднання з локальними мережами, що оперує на МАС- рівні із швидкістю передачі даних 10 Гбіт/с;
- специфікація фізичного рівня WAN PHY для з'єднання з мережами Sonet/sdh, що оперує на МАС- рівні із швидкістю передачі даних, сумісною із стандартом Oc-192;
- визначення механізму пристосування швидкості передачі даних рівня МАС до швидкості передачі даних WAN PHY;
- підтримка двох типів оптоволоконного кабелю - одномодового (SMF) і багатомодового (MMF);
- специфікація незалежного від середовища передачі інтерфейсу XGMII;
де XG тут означає 10 Gigabit,
MII - Media Independent Interface.
- зворотна сумісність з попередніми версіями Ethernet (збереження формату пакету, розміру і т. п.).
Нагадаємо, що стандарт 10/100 Ethernet визначає два режими: напівдуплексний і дуплексний. Напівдуплексний в класичній версії передбачає використання середовища передачі і протоколу Csma/cd, що розділяється (Carrier-sense Multiple Access/collision Detection). Основні недоліки цього режиму - втрата ефективності при зростанні числа одночасно працюючих станцій і дистанційні обмеження, пов'язані з мінімальною довжиною пакету (що становить 64 байти). У технології Gigabit Ethernet для збереження мінімальної довжини пакету застосовується техніка розширення такою, що несе, яка доповнює його до 512 байт. Оскільки стандарт 10-gigabit Ethernet орієнтований на магістральні з'єднання типу крапка-крапка, напівдуплексний режим не входить в його специфікацію. Отже, в даному випадку довжина каналу обмежується тільки характеристиками фізичного середовища, використовуваними пристроями прийому/передачі, потужністю сигналу і методами модуляції. Необхідну ж топологію можна забезпечити, наприклад, за допомогою комутаторів. Дуплексний режим передачі дає також можливість зберегти мінімальний розмір пакету 64 байти без застосування техніки розширення тієї, що несе.
Відповідно до еталонної моделі взаємодії відкритих систем (OSI) мережева технологія визначається двома нижніми рівнями: фізичним (Layer 1, Physical ) і канальним (Layer 2, Data Link). У цій схемі рівень фізичних пристроїв Ethernet (PHY) відповідає Layer 1, а рівень управління доступом до середовища (МАС) - Layer 2. У свою чергу, кожен з цих рівнів залежно від технології, що реалізовується, може містити декілька підрівнів.
Рівень МАС (Media Access Control - рівень управління доступом до середовища) забезпечує логічне з'єднання між МАС-клиентами однорангових (рівноправних) робочих станцій. Його основні функції -ініциалізация, управління і підтримка з'єднання з одноранговим вузлом мережі. Очевидно, що нормальна швидкість передачі даних від МАС-уровня до фізичного рівня PHY для стандарту 10 Gigabit Ethernet складає 10 Гбіт/с. Проте рівень WAN PHY для узгодження з мережами SONET Oc-192 повинен передавати дані декілька меншою швидкістю. Це досягається за допомогою механізму динамічної адаптації міжкадрового інтервалу, що передбачає його збільшення на зумовлений відрізок часу.
Підрівнем узгодження Reconciliation Sublayer (рис. 1) є інтерфейс між послідовним потоком даних МАС-уровня і паралельним потоком підрівня XGMII. Він відображає октети даних МАС-уровня на паралельні тракти XGMII. XGMII - це незалежний від середовища інтерфейс 10 Gigabit. Основна його функція полягає в тому, щоб забезпечити простій і інтерфейс, що легко реалізовується, між канальним і фізичним рівнями. Він ізолює канальний рівень від специфіки фізичного і тим самим дозволяє першому працювати на єдиному логічному рівні з різними реалізаціями другого. XGMII складається з двох незалежних каналів прийому і передачі, по кожному з яких передаються 32 бита даних по чотирьох 8-розрядних трактах.
Рис. 1. Рівні 10-Gigabit Ethernet.
Наступна частина стека протоколів відноситься до фізичного рівня 10 Gigabit Ethernet. Архітектура Ethernet розбиває фізичний рівень на три підрівні. Підрівень фізичного кодування PCS (Physical Coding Sublayer) виконує кодування/декодування потоку даних, що поступають від канального рівня і до нього. Підрівень підключення до фізичного середовища PMA (Physical Media Attachment) - це паралельно-послідовний (прямий і зворотний) перетворювач. Він виконує перетворення групи код в потік бітів для послідовної біт-орієнтованої передачі і зворотне перетворення. Цей же підрівень забезпечує синхронізацію прийому/передачі. Залежний від середовища передачі даних підрівень PMD (Physical Media Dependent) відповідає за передачу сигналів в даному фізичному середовищі. Типові функції цього підрівня - формування і посилення сигналу, модуляція. Різні PMD-устройства підтримують різні фізичні середовища передачі. У свою чергу, залежний від середовища інтерфейс MDI (Media Dependent Interface) задає типи конекторів для різних фізичних середовищ і PMD-устройств.
Технологія 10-gigabit Ethernet забезпечує низьку в порівнянні з альтернативними вартість володіння, включаючи як вартість придбання, так і підтримку, оскільки інфраструктура мереж Ethernet, що є у замовників, легко взаємодіє з нею. Крім того, 10 Gigabit Ethernet привертає адміністраторів вже знайомою організацією управління і можливістю застосувати накопичений досвід, оскільки вона використовує процеси, протоколи і засоби управління, вже розгорнені в існуючій інфраструктурі. Варто нагадати, що цей стандарт надає гнучкість при проектуванні з'єднань між серверами, комутаторами і маршрутизаторами. Таким чином, технологія Ethernet пропонує три основні переваги:
- простоту експлуатації
- високу пропускну спроможність
- низьку вартість.
Крім того, вона простіше за деяких інших технологій, тому що дозволяє зв'язувати мережі, розташовані в різних місцях, як частині єдиної мережі. Пропускна спроможність Ethernet нарощується кроками від 1 до 10 Гбіт/с, що дозволяє ефективніше використовувати ємкість мережі. Нарешті, устаткування Ethernet, як правило, економічніше ефективно в порівнянні з традиційним телекомунікаційним устаткуванням.
Для ілюстрації можливостей технології приведемо один приклад. За допомогою мережі 10-gigabit Ethernet група учених, що працюють над проектом Japanese Data Reservoir, передавала дані з Токіо в розташований в Женеві науково-дослідний центр фізики елементарних частинок CERN. Лінія передачі даних перетнула 17 часових поясів, а її протяжність склала 11 495 миль (18 495 км.). Лінія 10-gigabit Ethernet з'єднала комп'ютери в Токіо і Женеві як частина однієї і тієї ж локальної мережі. У мережі застосовувалося оптичне устаткування і комутатори Ethernet від Cisco Systems, Foundry Networks і Nortel Networks.
Останніми роками Ethernet почали широко застосовувати і операторів зв'язку - для з'єднання об'єктів в межах міста. Але мережа Ethernet може протягнутися ще далі, охопивши цілі континенти.
РОЗДІЛ 2. ОПТИЧНЕ ВОЛОКНО
2.1 Багатомодове волокно і 10-gigabit Ethernet
Стандарт IEEE 802.3ae 10 Gigabit Ethernet включає послідовний інтерфейс 10gbase-s (S - short, означає коротку довжину хвилі), сконструйований для передачі по багатомодовому волокну на довжині хвилі 850 нм. Таблиця 1 містить довжини хвиль, смуги пропускання і максимальну відстань для різних типів багатомодових волокон на швидкості 10 Гбіт/с. Технічні проблеми, зв'язані з використанням лазерних джерел випромінювання спільно з багатомодовими волокнами (описані в попередній частині статті), значно обмежили робочий діапазон "багатомодового волокна" FDDI для технології 10gbe. Таке волокно має смугу пропускання 160 Мгц*км на довжині хвилі 850 нм і 500 Мгц*км на довжині 1300 нм.
Таблиця 1. Робочий діапазон різного багатомодового волокна в стандарті 10gbase-s.
Для того, щоб досягти за допомогою багатомодового волокна відстаней до 300 м (як описано в стандартах на укладання кабелю Tia/eia-568 і Iso/iec 11801), довелося створити нову специфікацію волокна для стандарту 10gbe. Це нове волокно іноді називається “Багатомодове 10 Gigabit Ethernet волокно” і є 850 нм, 50/125 мкм волокном, спеціально пристосованим для використання з лазером, що має ефективну смугу пропускання 2000 Мгц*км. Це волокно детально описане в стандарті TIA- 492aaac. Його ключова відмінність від традиційних багатомодових волокон - додаткові вимоги до DMD, обумовлені новим стандартом вимірювання DMD (TIA Fotp-220) і описані в стандарті Tia-492aaac. Як показано в таблиці 1, сегмент з використанням цього волокна може досягати довжини 300 м з інтерфейсом 10gbase-s. Велика кількість провідних виробників активно просуває на ринок це нове багатомодове волокно для застосування у вирішеннях 10gbe.
Існують два основні чинники, які, ймовірно, сприятимуть використанню нового “10-gigabit Ethernet волокна”: популярність невеликих (300 м або менше) вирішень 10gbe і низька вартість інтерфейсів 10gbase-s по відношенню до інших інтерфейсів. Доказ популярності недорогих, невеликих 850 нм вирішень Ethernet легко бачити, дивлячись на кількість проданих адаптерів типу 1000base-sx для Gigabit Ethernet. 1000base-sx працює на одномодовому волокні на відстанях до 550 м і складає великий відсоток від загальної кількості проданих адаптерів GBE.
Альтернативним рішенням є використання одномодового волокна з інтерфейсами 10gbase-l, 10gbase-e або 10GBASE-LX4, останній з яких підтримує як одномодове, так і багатомодове волокно на відстанях до 10 км. і до 300 м відповідно.
Одномодове волокно
На сьогоднішній день широко використовуються 4 різних типу одномодового волокна. Вони описані в таблиці 2. Рекомендація ITU-T G.652, яка зазвичай вважається стандартом для одномодового волокна, представляє велику частину всіх існуючих волокон. Рекомендація G.652 описує як стандартне одномодове волокно (IEC type B1.1), так і одномодове волокно з низьким піком водяного поглинання (IEC type B1.3).
Технічні характеристики стандарту 10 GBE базуються на використанні стандартного одномодового волокна B1.1 або B1.3 або, іншими словами, в основному на рекомендації G. 652. Проте це не перешкоджає використанню інших типів одномодових волокон з інтерфейсом 10gbase-e, оскільки їх використання потенційно може поліпшити експлуатаційні характеристики мереж 10gbe.
2.2 Стандартне одномодове волокно IEC 60793-2 B1.1 & B1.3 / ITU G.652
Стандартне одномодове волокно по суті є тонкою (5-8 мкм) серцевиною з скла, легованого германієм, оточену товщим шаром чистого скла. Стандартне одномодове волокно є основоположним компонентом оптичної телекомунікаційної інфраструктури.
Майже всі рішення можуть бути реалізовані за допомогою одномодового волокна, але воно оптимізоване для передачі сигналу на довжині хвилі 1310 нм. Невідповідність експлуатаційних якостей із стандартами для одномодового волокна стає особливо значною на високих швидкостях передачі (10 Гбіт/с) і великих відстанях (> 40км).
Одномодове волокно з низьким піком водяного поглинання (IEC type B1.3) має такі ж дисперсійні характеристики, як і стандартне одномодове волокно (IEC type B1.1), але менше поглинання в області водяного піку (зазвичай 1383 нм). Оскільки ніякої специфікації водяного поглинання для стандартного одномодового волокна (IEC type B1.1) не існує, поглинання в області 1383 нм може бути значно більше, чим на 1310 нм.
За рахунок меншої кількості водяних домішок, що вносяться в процесі виготовлення, одномодове волокно з низьким піком водяного поглинання (IEC type B1.3) забезпечує все те ж саме, що і стандартне одномодове волокно, але до того ж підтримує додаткові довжини хвиль між 1360 і 1460 нм.
Відмітимо ще раз, що стандарт IEEE 802.3ae для 10 Gigabit Ethernet описує всі експлуатаційні характеристики для стандартних типів одномодових волокон (IEC type B1.1 і B1.3). Додаткові типи волокон (наприклад, DSF або NZDSF) можуть давати переваги, що виходять за рамки стандарту, але вони не потрібні для відповідності технічним характеристикам стандарту 10gbe.
2.3 Волокно із зміщеною дисперсією (DSF) - IEC 60793-2 B2 / ITU G.653
Волокно із зміщеною дисперсією (DSF) було запропоноване в середині 1980-х і складає дуже невеликий відсоток від всього використовуваного одномодового волокна. До потреби в DSF привела розробка 1550 нм лазерів, випромінювання яких має менше поглинання у волокні, чим у 1310 нм лазерів. DSF дозволяє оптичним сигналам розповсюджуватися значно далі без регенерації або компенсації завдяки зменшеному значенню коефіцієнта хроматичної дисперсії.
DSF добре пристосовано для задоволення потреб одноканальних оптичних систем передачі. Але з появою широкосмугових оптичних підсилювачів і хвилевого мультиплексування (WDM), хроматичні дисперсійні характеристики DSF почали вносити небажані ефекти до цілісності багатохвильових імпульсів. В результаті було потрібно новий тип волокна - волокно з ненульовою зміщеною дисперсією (NZDSF). NZDSF фактично вивело з вживання DSF і, таким чином, DSF більше не пропонується на комерційному ринку.
Волокно DSF не описане в стандарті IEEE 802.3ae.
2.4 Одномодове волокно із зміщеною довжиною хвилі відсічення - IEC 60793-2 / B1.2 / ITU G.654
Одномодове волокно із зміщеною довжиною хвилі відсічення створене для того, щоб дозволити передачу даних на великі відстані з низьким загасанням і можливістю використовувати сигнали високої потужності. Це волокно зазвичай використовується для передачі в області 1550 нм завдяки великій величині довжини хвилі відсічення (близько 1500 нм).
Із-за високої складності виготовлення одномодове волокно із зміщеною довжиною хвилі відсічення зазвичай набагато дорожче, ніж інші одномодові волокна. Воно використовується практично виключно в підводних рішеннях і його маловірогідно зустріти в ситуаціях, коли застосовуються рішення 10 Gigabit Ethernet.
Волокно із зміщеною довжиною хвилі відсічення не описане в стандарті IEEE 802.3ae.
2.5 Волокно з ненульовою зміщеною дисперсією (NZDSF) - IEC 60793-2 B4 / ITU G.655
Волокно з ненульовою зміщеною дисперсією (NZDSF) почали застосовувати в середині 1990-х для усунення недоліків, зв'язаних з використанням DSF при передачі на декількох довжинах хвиль. У цьому волокні підтримується обмежений коефіцієнт хроматичної дисперсії у всьому оптичному діапазоні (зазвичай 1530-1625 нм), використовуваному в хвилевому мультиплексуванні (WDM).
В першу чергу, введення NZDSF було направлене на нелінійний ефект, який називається чотирьоххвилевим змішенням (FWM). Суть FWM полягає в тому, що три хвилі, що несуть різну інформацію, можуть генерувати сигнали на четвертій довжині хвилі. Якщо використовується еквідистантна схема розташування каналів (як в більшості WDM систем), то шумові сигнали, що згенерували, можуть частково перекривати довжину хвилі, що несе корисну інформацію. NZDSF пом'якшує цей ефект, забезпечуючи для всіх довжин хвиль в даному діапазоні (1530-1625 нм) деяку обмежену дисперсію так, щоб сигнали на сусідніх довжинах хвиль не перекривалися протягом великих проміжків часу.
Зменшена хроматична дисперсія NZDSF також зменшує і небажаний внесок інших нелінійних ефектів - фазовій автомодуляції (SPM) і перехресній фазовій модуляції (XPM). NZDSF оптимізоване для передачі в діапазоні 1530-1625 нм, але підтримує також деякі конфігурації на довжині хвилі 1310 нм з відповідним типом лазерів і конструкцією системи.
Стандарт IEEE 802.3ae описує NZDSF коротко: "Ймовірно, волокно типу B4 (NZDSF) з позитивною дисперсією може бути використане для 10gbase-e замість B1.1 або B1.3 (стандартне одномодове волокно). Для відповідності Tp3 повинна мати місце лінія зв'язку з використанням волокна B4 (NZDSF) з негативною дисперсією".
Таблиця 2. Використовувані типи одномодових волокон.
2.6 Одномодове волокно і 10-gigabit Ethernet
Стандартне одномодове волокно може використовуватися практично в будь-яких рішеннях. При невеликому числі довжин хвиль, малих швидкостях і дальностях передачі можливий вибір між одномодовим і багатомодовим волокном, залежно від рівня складності і вартості, які оператор бажає отримати. Із збільшенням числа довжин хвиль, зростанням швидкості і дальності передачі одномодове волокно стає єдиним допустимим варіантом.
Загасання
Для коротких ділянок волокна передача на довжині хвилі 1310 нм залишається привабливою завдяки ціні і доступності відповідних лазерів. Декілька чинників, проте, спонукають до використання передачі на великих довжинах хвиль. На високих швидкостях передачі даних вимоги до чутливості приймача зазвичай є строгішими, що робить необхідним отримання більшої оптичної енергії для підтримки низької частоти помилок. Із-за щодо високого загасання на довжині хвилі 1310 нм (див. таблицю 3) максимально можливі відстані менше в порівнянні з 1550 нм. На великих відстанях, які перевершують допустимі межі по чутливості оптичних приймачів, сигнали в діапазоні 1550 нм можуть бути посилені оптичним способом (зазвичай з використанням підсилювачів EDFA), що є неможливим на 1310 нм. В результаті, передача на 1310 нм вимагає електричної регенерації, яка набагато дорожче, ніж оптичне посилення.
Таблиця 3. Загасання в стандартному одномодовому волокні в діапазонах 1310 і
1550 нм.
Хроматична дисперсія
Оптичні імпульси, що несуть цифрові дані, містять в собі обмежений спектр хвиль (а не тільки одну вузьку довжину хвилі). Оскільки різні довжини хвиль розповсюджуються у волокні з різною швидкістю, окремі компоненти імпульсу розділяються у міру його розповсюдження по волокну. Врешті-решт, сусідні оптичні імпульси починають перекриватися один з одним і сигнал істотно спотворюється.
На 1310 нм загасання руйнує оптичний сигнал, передаваний по стандартному одномодовому волокну, ще до того, як хроматична дисперсія стає проблемою. В результаті, хроматична дисперсія не є недоліком для передачі із швидкістю 10 Гб/с в діапазоні 1310 нм по стандартному одномодовому волокну. Проте в діапазоні 1550 нм збільшена хроматична дисперсія в стандартному одномодовому волокні стає значним стримуючим чинником, що зазвичай обмежує передачу 10 Gigabit Ethernet відстанню в 40 км. (хоча це залежить також від вибору передавача).
На відстанях, що перевищують дисперсійні порогові значення для стандартного одномодового волокна, потрібна або електрична регенерація сигналу, або оптична компенсація дисперсії. Волокна DSF і NZDSF зменшують хроматичну дисперсію в області 1550 нм, таким чином, збільшується відстань, на якій не потрібна електрична регенерація або оптична компенсація дисперсії.
Поляризаційна модова дисперсія
Постійно згадуваною потенційною перешкодою для використання рішень 10 Гб/с є поляризаційна модова дисперсія (PMD), що вноситься деякими волоконними інфраструктурами. Фактично PMD розділяє оптичний сигнал на два ідентичні сигнали, які розповсюджуються по волокну з різними швидкостями. Якщо дві компоненти значно розділені у момент отримання сигналу, передавана інформація може опинитися значно пошкоджена.
Більшість оптичних волокон, відповідних сучасним стандартам G.652 (стандартне одномодове волокно) і G.655 (волокно з ненульовою зміщеною дисперсією), підходять для передачі із швидкістю 10 Гб/с в глобальних мережевих рішеннях. Проте у старих інфраструктур, особливо у тих, які були створені до 1990-х років, існують потенційні недоліки. Недолік вимог до PMD в промислових стандартах у той час зробив можливим великий розкид в характеристиках волокон залежно від виробників і використаних технологій. Хоча стандартизація PMD багато в чому вирішила проблему, значну кількість волокна, введеного в експлуатацію до початку 1990-х, є потенційною проблемою для застосування технології передачі на швидкості 10 Гб/с. Ситуація достатньо значительна і є для декількох провідних операторів підставою для того, щоб вимагати тестування PMD в будь-якій мережі, що розглядається з погляду можливої роботи на швидкості 10гб/с. PMD залишається у фокусі уваги при розробці волокна під високі швидкості передачі (40 Гб/с і вище).
РОЗДІЛ 3. АНАЛІЗ КОНСТРУКЦІЇ ВОЛОКНА ДЛЯ МЕРЕЖ 10-GIGABIT ETHERNET
Основними чинниками, що впливають на дизайн мереж 10 Gigabit Ethernet, є:
Мережева топологія, яка включає відстані, втрати на стиках і
кількість з'єднань (тобто енергетичний потенціал лінії зв'язку).
Тип волоконного кабелю (одномодове або багатомодове волокно) і експлуатаційні характеристики на певній довжині хвилі. Експлуатаційні характеристики визначаються втратами в каналі (загасанням в кабелі), що вносяться, і модальним діапазоном (для багатомодового волокна).
Використання спеціальних патч-кордов із зміщеними коннекторами для придушення DGD, якщо вони необхідні. 1310 нм вирішення WWDM, 10GBASE-LX4, вимагає використання цих спеціальних патч-кордов спільно з багатомодовим волокном для досягнення необхідних відстаней.
Реалізація кабельної системи, сумісна з мережевими пристроями Ethernet, заснованими на світлодіодах і лазерах, що дозволяє здійснити інтеграцію тих, що існують 10 Мб/с і 100 Мб/с мереж, заснованих на використанні світлодіодів і 1 Гб/с і 10 Гб/с мереж, заснованих на використанні лазерів.
Першим кроком при конструюванні окремих волоконних ліній зв'язку є визначення енергетичного потенціалу. Ця величина (виражена в дб) визначена в стандарті 10gbe для кожного оптичного інтерфейсу. Таблиці для всіх інтерфейсів показані далі в цій частині статті. Енергетичний потенціал лінії зв'язку обчислюється, як різниця між мінімальною енергією, передаваною у волокно, і мінімальною чутливістю приймача (див. рис. 2). Чутливість приймача - це мінімальна потужність, необхідна для підтримки необхідного співвідношення сигнал/шум в певних умовах експлуатації. Енергетичний потенціал лінії зв'язку визначає загальну величину втрат із-за загасання і інших чинників, що впливають на розповсюдження сигналу між передавачем і приймачем.
Рис. 2. Енергетичний потенціал лінії зв'язку.
Енергетичний потенціал лінії зв'язку використовується для обчислення втрат, що вносяться, і втрати потужності. Втрати, що вносяться, - це основний параметр, визначуваний для опису втрат в кабелі і з'єднувачах (див. рис.3). Втрати, що вносяться, в каналі складаються з певних втрат в кабелі на кожній експлуатаційній ділянці, втрат в місцях стиків і втрат на з'єднувачах. З'єднання складається з пари зістикованих оптичних роз'ємів. Зазвичай виділяється 1,5 дб на втрати на роз'ємах і місцях стиків для багатомодового волокна і 2 дб для одномодового. У вирішеннях 10-gigabit Ethernet втрати потужності визначаються відповідно до енергетичного потенціалу лінії зв'язку. Ці втрати примушують враховувати такі ефекти, як дисперсія, яка може викликати міжсимвольну інтерференцію і руйнувати оптичний сигнал.
Рис. 3. Волоконно-оптичний кабельний канал.
Робочі відстані для 10 Gigabit Ethernet, які дані в розташованих нижче таблицях, обмежуються втратами, що вносяться, в каналі, робочим діапазоном кабелю для багатомодового волокна і оптичними характеристиками приймачів (тип PMD). Відстані більше 30 км. в стандарті 10gbase-e вважаються "інженерними лініями зв'язку", оскільки для підтримки таких великих відстаней загасання в кабелі повинне бути менше, ніж максимальне загасання в стандартному одномодовому волокні (таблиця 3). Отже, кабельні системи, прокладені на відстані більше, ніж 30 км., повинні бути випробувані в експлуатаційних умовах для підтвердження відповідності їх умовам по втратах, що вносяться, не більше 11 дб (таблиця 6). Вимірювання втрат, що вносяться, проводиться відповідно до методики Ansi/tia/eia-526-14a/method B і Ansi/tia/eia- 526-7/method A-1.
Таблиця 4. Енергетичний потенціал лінії зв'язку 10gbase-s за стандартом IEEE Draft P802.3ae/ D5.0
1) Втрати, що вносяться, дані для довжини хвилі 850 нм.
2) Втрати потужності дані для довжини хвилі 840 нм.
Таблиця 5. Енергетичний потенціал лінії зв'язку 10gbase-l за стандартом IEEE Draft P802.3ae/ D5.0
1) Втрати, що вносяться, дані для довжини хвилі 1310 нм.
2) Втрати потужності дані для довжини хвилі 1260 нм.
Таблиця 6. Енергетичний потенціал лінії зв'язку 10gbase-e за стандартом IEEE Draft P802.3ae/ D5.0
1) Втрати, що вносяться, дані для довжини хвилі 1550 нм.
2) Втрати потужності дані для довжини хвилі 1565 нм.
3) Відстані, більші, ніж 30 км., повинні бути випробувані в експлуатаційних умовах для підтвердження відповідності їх умовам по втратах, що вносяться, не більше 11 дб. Вимірювання втрат, що вносяться, проводиться відповідно до методики Ansi/tia/eia-526-14a/method B і Ansi/tia/eia-526-7/ method A-1.
Таблиця 7. Енергетичний потенціал лінії зв'язку 10GBASE-LX4 за стандартом IEEE Draft P802.3ae/ D5.0
1) Втрати, що вносяться, дані для довжини хвилі 1300 нм для багатомодового і 1310 нм для одномодового волокна. Передбачається використання патчкорда із зміщеним введенням випромінювання. Загальні втрати, що вносяться, включаючи загасання, зв'язане з використанням таких патчкордов, можуть бути на 0,5 дб вище, ніж вказано в таблиці.
2) Втрати потужності дані для довжини хвилі 1269 нм.
Таблиця 8. Волокно, що підтримує стандарт 10gbe і відповідні відстані
1) Зазвичай називається "Волокном FDDI".
2) Іноді називається "Багатомодовим волокном 10 Gigabit Ethernet". Детально описано в стандарті Tia-492aaac.
3) 62,5 мкм багатомодове волокно має модальний діапазон 500 Мгц*км на довжині хвилі 1310 нм замість 160 або 200 Мгц*км на 850 нм. Іноді називається "Багатомодовим волокном 10 Gigabit Ethernet". Детально описано в стандарті Tia-492aaac.
При проектуванні ліній зв'язку 10gbase-e довжиною більше 30 км., коли кабель ще не прокладений, проводиться розрахунок втрат в кабельній лінії і перевірка того, що загальні втрати в кабельних компонентах не перевершують 11 дб, допустимих для 10gbase-e (таблиця 6). Втрати в кабельній лінії підраховуються підсумовуванням втрат в кабелі і втрат на роз'ємах і стиках. Загасання в кабелі розраховується як твір довжини лінії зв'язку на коефіцієнт загасання у волокні (дб/км).
Як показано в таблиці 9 (сценарій 1), якщо загасання в кабелі складає 0.225 дб/км, то загасання в лінії зв'язку завдовжки 40 км. складатиме 9 дб (40 км. х 0.225 = 9 дб). Припускаючи, що втрати на роз'ємах і стиках для одномодового волокна складають 2 дб, загальні втрати будуть рівні 11 дб (9 дб + 2 дб = 11 дб), що є допустимим для стандарту 10gbase-e (таблиця 6). Подібні розрахунки можна провести для сценаріїв 2 і 3.
Таблиця 9. Приклад розрахунку втрат в лінії зв'язку 10gbase-e
1) Канал 10gbase-e повинен мати загасання від 5 11 дб. Якщо необхідно, для відповідності цій умові можна використовувати аттенюатори.
2) Це максимальне загасання в кабелі, дозволене для одномодового волокна на довжині хвилі 1550 нм згідно стандарту IEC 60793-2 (див. таблицю 3).
Нове 50 мкм волокно для 10gbe
Нове багатомодове 50 мкм волокно розроблене спеціально для додатків 10 Gigabit Ethernet. Сегмент 10gbe на новому волокні може досягати 300 м при використанні площинних 850 нм лазерів з вертикальним резонатором (VRSEL).
Компанії Cable Design Technologies (CDT) і Chromatic Technologies (підрозділ Draka Comteq) розробили нове багатомодове волокно діаметром 50 мкм для використання в мережах 10 Gigabit Ethernet з 850 нм VCSEL лазерами. Крім того, компанії Corning і Tyco Electronics підтвердили, що незабаром представлять аналогічні марки волокна.
Розробити нове "оптимізоване під лазер" багатомодове волокно діаметром 50 мкм було потрібно для того, щоб забезпечити необхідну дальність передачі на швидкості 10 Гбіт/с. Нове волокно має практично ті ж технічні характеристики, що і звичайне 50 мкм багатомодове волокно, але відрізняється від нього показником заломлення.
Оптичні передавачі на основі площинних 850 нм лазерів з вертикальним резонатором (vertical-cavity surface-emitting laser, VCSEL) дешевше, ніж альтернативні рішення, включаючи довгохвильові лазери для одномодового волокна і 1300 нм лазери з резонатором Фабри-перо для багатомодового волокна.
ВИСНОВКИ
Найближчі десять років будуть дуже інтереснимі для світу Ethernet. 10 GBE поки залишається атрибутом локальних мереж. Швидше за все, він поступово почне витіснятися з серверних ферм і, можливо, ферм зберігання у міру впровадження технології Infiniband, але його позиції на ринку локальних мереж, у будь-якому випадку, вельми надійні. У регіональних мережах вже відчуваються відгомони "Битви за локальні мережі: частина II". Не дивлячись на відсутність в Ethernet можливостей підтримки якості обслуговування і формування послуг, регіональні мережі Ethernet вже створюються і використовуються такими провайдерами, як Yipes і Telseon, причому їх користувачі високо оцінюють дешевизну пропускної здатності і прийнятну продуктивність в порівнянні з іншими рішеннями.
Таке враження, що підхід, що застосовувався в локальних мережах, виправдовує себе і в регіональних, не дивлячись на те що останні більшою мірою нагадують глобальні мережі. Проте і в світі глобальних мереж може відбутися справжнє диво. Використання формату кадрів Sonet/sdu в 10 GBE на асинхронному інтерфейсі Ethernet фізичного рівня глобальної мережі відкриває шлях для сумісності 10 GBE зі всім успадкованим устаткуванням традиційних операторів. Цей додатковий інтерфейс фізичного рівня глобальної мережі включає простій і недорогий модуль генерації кадрів SONET і працює на швидкості передачі даних, відповідній швидкості корисного навантаження Oc-192c/sdh Vc-4-64c. Проте в SONET і АТМ інвестовані значні засоби, тому не варто чекати, що ці технології зникнуть відразу.
У битві, що насувається, в світі глобальних мереж 10 GBE має такі конкурентні переваги, як швидкість (через чотири роки з'явиться вже 100 Gigabit Ethernet), ціна, простота, сумісність з SONET і широкою підтримкою в галузі з боку виробників устаткування для локальних і глобальних мереж. У нього немає дійсної якості обслуговування, формування послуг або дальнього діапазону SONET (хоча деякі нестандартні вирішення Ethernet великого діапазону дії вже здатні функціонувати на порівнянних відстанях, аж до 100 км.).
Переваги 10 GBE майже ті ж, що і Ethernet, завдяки яким він отримав перемогу в області локальних мереж; ці переваги тепер дозволять даній технології проникнути в світ регіональних мереж. Час покаже, чи достатньо серйозно відрізняється динаміка миру глобальних мереж від динаміки локальних мереж, щоб звести нанівець сьогоднішні достоїнства Ethernet. Якщо ринок глобальних мереж підтвердить свою готовність до застосування Ethernet, що здається вельми вірогідним, то 10 GBE здатний зробити мрію про єдину технологію цілком реальної.
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
Глобальна мережа Інтернет:
http://www.bytemag.ru/
http://www.c-tt.ru/content/
http://www.osp.ru/lan/2001/07-08/
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора