MHL 3000 представляет собой новое поколение мультисервисной и многофункциональной DWDM оптической транспортной платформы, позволяющей строить гибкие и масштабируемые оптические сети. Эта платформа позволяет строить сети разнообразной топологии от простейших соединений точка-точка до сложных смешанных магистральных и Metro сетей.

MHL 3000 является единой транспортной платформой для приложений: 

• Metro DWDM: сети дальностью до 300 км и емкостью до 40 оптических каналов (С диапазон), линейной, кольцевой и смешанной архитектуры 
• Long Haul DWDM: сети дальностью до 1000 км и емкостью до 40 оптических каналов (С диапазон) линейной или древовидной архитектуры 
• Extended Long Haul DWDM: сети регионального масштаба дальностью до 2500 км и емкостью до 80 оптических каналов (С диапазон) линейной или древовидной архитектуры 
• Ultra Long haul DWDM: сети национального и международного масштаба дальностью до 4000 км и более и емкостью до 80 оптических каналов (С диапазон) линейной и древовидной структуры

Платформа MHL 3000 включает в себя следующие функциональные элементы: 

• Терминальный узел (Terminal multiplexer) 
• Линейный усилитель (Line Amplifier)
• Линейный усилитель-эквалайзер (Leveling Amplifier)
• Оптический узел ввода/вывода (Optical Add Drop Module) 
• Узел оптической коммутации (Interconnection Node)

Терминальные мультиплексоры используются как оконечные узлы сети DWDM, они осуществляют мультиплексирование/ демультиплексирование оптических каналов пользователя в/из общий DWDM сигнал, усиливают его и направляют в оптическое волокно. В зависимости от приложений терминальные мультиплексоры могут компоноваться различными типами усилителей мощности, а также вовсе их не иметь (пассивные Metro DWDM сети).

Линейные усилители, обычно устанавливаемые с шагом 50–150 км, осуществляют усиление принимаемого DWDM сигнала, и тем самым, компенсируют потери, вносимые оптическим волокном. Однако, вследствие неравномерности частотных характеристик усилителей возникает различие в уровнях сигналов между поднесущими оптических каналов, что может привести к интерференции между каналами. Для подавления этого эффекта применяются линейные усилители-эквалайзеры, которые вместе с усилением осуществляют выравнивание спектра принимаемого оптического сигнала. Кроме этого, усилитель-эквалайзер осуществляет подавление ASE в свободных оптических каналах.

Оптические мультиплексоры ввода/вывода осуществляют выделение и добавление заданного числа оптических каналов из/в DWDM сигнал. В MHL 3000 применяются следующие типы OADM:

• Последовательный фиксированный OADM (FOADM). Осуществляет ввод и вывод до 24 оптических каналов (с шагом 2 канала) или до 8 оптических каналов (с шагом 4 канала) за счет использования специализированных фильтров ввода/вывода, настроенных на фиксированные оптические каналы.
• Параллельный OADM. Реализуется по принципу двух терминальных мультиплексоров, установленных спина к спине. Позволяет осуществить доступ ко всем оптическим каналам, использующимся в системе. Ввод/вывод и транзитная передача оптических каналов коммутируется на оптической распределительной панели. 
• Конфигурируемый OADM (ROADM). Позволяет осуществить ввод и вывод любого количества оптических каналов без ограничения на их взаимное расположение. В основе ROADM лежит принцип Select&Block, позволяющий осуществить оптическую коммутацию за счет применения технологии микрозеркал, осуществляющих пропуск или блокирование оптических каналов.
• Расширенный ROADM (EOADM). Отличается от классического ROADM тем, что в нем осуществляется коммутация и ввод/вывод оптических каналов с трех направлений.

Узел оптической коммутации представляет собой расширение параллельного OADM на 4 направления и позволяет осуществлять коммутацию между ними и локальный ввод/вывод оптических каналов в любое из этих направлений.

Модульная и наращиваемая архитектура

Платформа MHL 3000 характеризуется исключительной модульностью и масштабируемостью, что позволяет формировать экономичные решения с возможностями гибкого дальнейшего расширения по мере развития сети. Платформа базируется на четырех универсальных типах корзин:

• Пользовательская корзина (1 слот)
• Компактная (3 слота) 
• Однорядная (9 слотов)
• Двухрядная (20 слотов)

Эти корзины могут объединяться между собой произвольным образом для формирования единого сетевого узла. Это осуществляется путем их объединения в единую сеть управления на базе IEEE 1394. Это дает возможность осуществления обмена служебной информацией между любыми управляемыми модулями узла. Связь между корзинами поддерживается встраиваемыми модулями IEEE 1394 мостов (bridge). Каждый мост и его соединения дублируются для защиты от локальных неисправностей сетевого узла.

Следует отметить, что платформа является полностью оптической, то есть не имеет электрической шины данных (backplane). Это позволяет использовать систему для будущих приложений с транспондерами более высокой емкости.

Рис. 1 Базовые корзины MHL 3000

Транспондеры и мультиплексоры/транспондеры для различных приложений

В MHL 3000 применяются транспондеры и мультиплексоры/транспондеры, осуществляющие передачу транфика на скоростях:

• 2.5 Гбит/с (ODU1, OTN G.709)
• 10 Гбит/с (ODU2, OTN G.709)
• 40 Гбит/с (ODU3, OTN G.709)

Все применяемые типы транспондеров и мультиплексоров/транспондеров являются OTN G.709 совместимыми.

Информация, содержащаяся в G.709 заголовках оптических каналов, используется для реализации функции M&C соответствующего канала в силу концепции полностью оптических транспортных сетей. 2.5, 10 и 40 Гбит/с транспондеры поддерживают управление режимом соединения, которое позволяет заголовку оптического канала прозрачно передаваться через пользовательский интерфейс к следующей секции.

В зависимости от приложений для передачи по одной паре оптических волокон могут использоваться до 80 транспондеров любого типа. Любой транспондер может быть установлен в любой слот любого типа корзины, никаких функциональных ограничений на совместное размещение транспондеров не накладывается. (Существуют некоторые обоснованные ограничения на механическое размещение модулей, связанные, прежде всего, с длинами применяемых оптических кабелей).

Для Metro и LH приложений применяются 2.5, 10 и 40 Гбит/с транспондеры с кодированием без возврата к нулю NRZ, кроме этого для LH приложений применяются 40 Гбит/с транспондеры с кодированием DQPSK. Для ELH и ULH приложений применяются 10 Гбит/с транспондеры с кодированием с возвратом к нулю RZ (или ее модификацией eRZ), а также 2.5 Гбит/с транспондеры с NRZ Extended Reach кодированием. RZ кодирование отличается большей устойчивостью к деградации OSNR, что позволяет осуществлять передачу без регенерации на расстояния до 4000 км и более.

Все применяемые типы транспондеров и мультиплексоров/транспондеров имеют встроенные цепи с управляемым оптическим аттенюатором на выходе. Это позволяет автоматически устанавливать требуемый уровень мощности на выходе. Эта функциональность является чрезвычайно важным аспектом, поскольку дает возможность автоматической перекалибровки системы при добавлении или удалении транспондеров и позволяет автоматически (без ручного вмешательства) в режиме реального времени устанавливать рабочую точку усилителей мощности. Такая особенность транспондеров обеспечивает добавление или удаление любого числа транспондеров без влияния на уже работающую систему и без какого-либо перерыва трафика.

Кроме этого, в транспондерах с RZ кодированием может активизироваться режим солитонов, управляемых дисперсией (Dispersion managed Solitons DMS). Уникальные свойства, которыми обладают DMS, их толерантность к XPD, PMD и остаточной дисперсии, дают возможность организации еще более дальних передач без регенерации. Однако проектирование таких сетей является чрезвычайно сложной и трудоемкой задачей, поэтому в настоящее время данный тип передачи широкого распространения не получил.

MHL 3000 позволяет осуществлять прямое подключение ITU–T совместимых цветных интерфейсов от внешнего пользовательского оборудования, без дополнительной установки транспондеров. Цветные интерфейсы с управляемой входной мощностью напрямую подключаются к мультиплексору оптических каналов или фильтру ввода/вывода. Для цветных интерфейсов с фиксированной оптической мощностью транспондер заменяется 8 канальным модулем выравнивания OLU 8, который изменяет уровень мощности входящего сигнала, делая его одинаковым с остальными оптическими каналами.

Широкий спектр предоставляемых сервисов

MHL 3000 дает возможность организации глобальных сервисов carrier класса, не зависящих от оператора, поддерживая, как классические SDH сервисы от 155 Мбит/с до 40 Гбпт/с, так и сервисы передачи данных, включая Ethernet и SAN приложения.

Ниже перечисленные поддерживаемые типы сервисов:

• SDH/CBR:
  STM – 1/CBR: 155 Мбит/с 
  STM – 4/CBR: 622 Мбит/с 
  STM – 16/CBR: 2.5 Гбит/с 
  STM – 64/CBR: 10 Гбит/с 
  STM – 256/CBR: 40 Гбит/с
• Ethernet: 
  Gigabit Ethernet 
  2.5 Gigabit Ethernet 
  10 Gigabit Ethernet (LAN/WAN phy) 
  40 Gigabit Ethernet
• Потоковое видео: 270 Мбит/с
• Fiber Channel: 1&2 Гбит/с

Для увеличения модульности и гибкости системы и упрощения ее адаптации к разнообразным требованиям бизнеса, в платформе MHL 3000, вместе с классическими транспондерами, применяются следующие типы мультиплексоров/транспондеров:

• 4xSTM – 16/ODU1 мультиплексор/транспондер: осуществляет прозрачное мультиплексирование до четырех STM – 16/ODU1 CBR пользовательских интерфейсов в один 10 Гбит/с G.709 OTN сигнал
• 8хGbE/FC мультиплексор/транспондер: осуществляет инкапсуляцию до 8 Gigabit Etherenet и/или 1 Гбит/с Fiber Channel в VC4 фреймы и прозрачно мультиплексирует их в один 10 Гбит/с G.709 OTN сигнал

Начиная с релиза 4.3 в коммерческой эксплуатации появится концептуально новая сдвоенная модульная транспондерная база, которая может иметь как функциональность транспондеров, так и мультиплексоров/транспондеров.

Модульные транспондеры имеют несколько вариантов конфигурации для поддержки различных требований с точки зрения клиентских подключений. В частности, эти устройства поддерживают функциональность «двойной транспондер», так что, возможно иметь до двух клиентских дуплексных интерфейсов, передающихся на двух длинах волн скоростью передачи 2.5 Гбит/с.

В дополнение к этому, модуль транспондера может быть сконфигурирован как регенератор, способный обеспечить в обоих направлениях передачи интерфейс G.709.

Модульный Транспондер способен также осуществлять функцию мультиплексирования, при этом он образует два независимых мультиплексора в одном устройстве в каждом из которых происходит мультиплексирование двух клиентских сигналов GbE или FC согласно GFP-F/T, в агрегатные сигналы G.709 DWDM. Возможно также мультиплексирование 4-х клиентских сигналов STM-4 в один агрегатный сигнал G.709 DWDM.

Совместимость с G.709 OTN иерархией

OTN представляет собой набор рекомендаций, разработанных ITU для стандартизации высокоскоростных каналов передачи данных. В основе OTN лежит концепция полностью оптических сетей, изложенная в рекомендации G.709.

Основными отличительными особенностями OTN являются:

• Мультисервисность. Поддерживается любой тип трафика, имеющий скорость 2.5 (ODU1), 10 (ODU2) и 40 (ODU3) Гбит/с. 
•  Прозрачная передача сигналов. При передаче сигналов не изменяются SDH/Data фреймы. 
•  Прозрачная независимая синхронизация сигналов. Синхронизация каждого пользовательского канала передается прозрачно без влияния на синхронизацию другого канала.
• Оптимизация сетей для DWDM/ASTN технологий.

OTN реализуется путем добавления к пользовательскому сигналу нескольких дополнительных заголовков, выполняющих различные функции. Информация, содержащаяся в заголовках оптических каналов, используется для реализации функции M&C соответствующего канала в силу концепции полностью оптических транспортных сетей. Транспондеры поддерживают управление режимом соединения, которое позволяет заголовку оптического канала прозрачно передаваться через пользовательский интерфейс к следующей секции.

Транспондеры любого типа используют G.709 совместимый алгоритм прямого исправления ошибок (FEC), базирующийся на коде Рида-Соломона (255, 239). Использование FEC позволяет увеличить бюджет оптического канала на 6.4 дБ.

Некоторые типы транспондеров также имеют возможность использования собственных алгоритмов расширенной FEC (EFEC), не совместимой с G.709. Использование EFEC увеличивает бюджет оптического канала на 8 дБ. При этом полезная нагрузка остается полностью совместимой с G.709.

Для Metro и LH сетей были разработаны транспондеры с упрощенной FEC, не совместимой с G.709, увеличивающей оптический бюджет на 5.5 дБ, при этом полезная нагрузка остается OTN совместимой.

Перестраиваемые лазеры и встраиваемые оптические модули

Все варианты 10 Гбит/с транспондеров и мультиплексоров/транспондеров имеют встроенные перестраиваемые 80 канальные лазеры с шагом 50 ГГц. Это позволяет использовать внутри сети один набор устройств для всей сетки частот, что позволяет существенно сократить затраты на ЗИП.

Более того, для достижения операторами максимальной гибкости своих сетей в выборе типа клиентского интерфейса, SFP/XFP модули были адаптированы для использования в транспондерах и мультиплексорах/транспондерах.

В частности, SFP/XFP модули применяются в следующих типах транспондеров: 

•  2.5 Гбит/с мультискоростной 
• 2.5 Гбит/с модульный транспондер
• 2.5 Гбит/с Metro транспондер
• 10 Гбит/с G.709 NRZ/RZ/eRZ транспондеры (XFP)
• TDM/Data G.709 NRZ/RZ/eRZ мультиплексоры/ транспондеры

Применяются несколько вариантов SFP/XFP модулей, включая 2.5 Гбит/с CWDM SFP модули для Short и Long Haul. Кроме этого, в 2.5 Гбит/с модульном транспондере применяется DWDM SFP на агрегатной стороне.

Прозрачная миграция в 40 Гбит/с оптические каналы

MHL 3000 позволяет осуществить легкую интеграцию 40 Гбит/с DWDM каналов для поддержания связности маршрутизаторов за счет использования 40 Гбит/с транспондеров, полностью совместимых с 10 Гбит/с сетью без изменения существующей сетевой инфраструктуры (в частности: замены оптического волокна, установления дополнительных усилителей мощности, изменение концепции компенсации дисперсии).

В соответствии с проведенными испытаниями существующее оптическое волокно имеет величину PMD 5-8 пс, для такого значения DQPSK является единственно возможным форматом модуляции, который реально позволяет осуществлять передачу. Другие типы форматов модуляции имеют серьезные ограничения по величине PMD, следовательно, их использование приводит к увеличению числа регенераторов в сети.

Адаптивная DQPSK модуляция 40 Гбит/с G.709 сигнала имеет хорошую устойчивость к PMD, таким образом передача с большей битовой скоростью может осуществляться как через новые, так и через существующие волокна. DQPSK технология является единственным форматом модуляции на рынке, который имеет потенциальную возможность работы при 8 пс PMD (24 пс групповая дифференциальная задержка), таким образом, позволяя использовать существующее оптическое волокно без необходимости в PMD компенсации или установления дополнительных регенераторов.

В дополнение к этому, DQPSK формат модуляции поддерживает шаг сетки частот 50 ГГц, позволяя передавать до 80 каналов внутри С диапазона, в противовес форматам, позволяющим передавать только 40 каналов, таких как RZ с подавлением несущей и RZ – DPSK.

Другим преимуществом DQPSK модуляции является лучшая изоляция соседних каналов, что увеличивает общую дальность передачи без регенерации и улучшает толерантность к хроматической дисперсии, позволяя избежать необходимости в осуществлении настраиваемой компенсации дисперсии.

40 Гбит/с модуль транспондера полностью интегрируется в MHL 3000 и не требует установки дополнительных корзин. Он имеет один пользовательский интерфейс (40GbE или STM – 256).

Усилители мощности для различных приложений

В MHL 3000 усиление мощности оптического сигнала реализуется набором EDFA усилителей мощности, которые обеспечивают работу для сетей с оптическим бюджетом до 38дБ. Функционально модельный ряд усилителей мощности может быть разделен на три группы:

• Metro EDFA усилители мощности. Предназначены для работы в Metro сетях, включая оптические Metro DWDM кольца с усилителями. Это максимально экономичный вариант усилителей мощности, который позволяет обеспечить оптический бюджет до 28 дБ. 
•  LH EDFA усилители мощности. Предназначены для работы в сетях средней протяженности. Имеют большой коэффициент усиления, приемлемые шумовые характеристики (~6 дБ) и неравномерность усиления (~1 дБ), и позволяют обеспечить оптический бюджет до 38 дБ. 
•  ELH/ULH EDFA усилители мощности. Специализированный набор EDFA усилителей мощности с чрезвычайно низкими собственными шумами (~5 дБ) и неравномерностью усиления (<0.5 дБ). Предназначены для работы в сверх протяженных сетях и минимизации числа регенераторов и позволяет обеспечивать оптический бюджет до 34 дБ.

Весь модельный ряд усилителей мощности имеет встроенные цепи управления, в которых применяются программируемые контроллеры для управления коэффициентом усиления и установкой рабочей точки усиления. Усилители автоматически реагируют на изменение числа передаваемых оптических каналов и не требуют ручного вмешательства или перекалибровки. Встроенные управляемые оптические аттенюаторы на входе усилителей мощности автоматически устанавливают рабочую точку, компенсируя любые изменения в оптическом бюджете соединения, включая изменения вследствие старения или сращивания оптических волокон.

Применяемые усилители мощности разделяются на однокаскадные и двухкаскадные. Двухкаскадные усилители мощности состоят из предусилителя (pre amplifier) и выходного усилителя (booster). Их применение обусловлено использованием модулей компенсации дисперсии, в результате действия которых возникают дополнительные потери (~12 дБ). Модули компенсации дисперсии устанавливаются в разрыв между каскадами, давая возможность предусилителю скомпенсировать вносимые потери.

В ELH/ULH приложениях, требующих достижения оптических бюджетов соединений более 34 дБ, вместе с EDFA усилителями могут применяться усилители Рамана. Усилители Рамана могут также использоваться в сетях с меньшим оптическим бюджетом для минимизации шумовых параметров. Лазеры накачки, применяемые в усилителях Рамана, формируют набор кратных длин волн, выбранных для обеспечения оптимальной плоскости усиления для всех длин волн внутри требуемого диапазона. В MHL 3000 могут применяться как Contra Directional усилители Рамана (на приемной стороне), так и совместно Co & Contra – Directional пара усилителей Рамана (на обеих сторонах соединения).

Для каждого ряда EDFA усилителей мощности (исключая Metro сети) существует разделение по критерию диапазонов усиления. Такое деление делает систему еще более гибкой к возможностям дизайна сети.

Динамическое управление мощностью оптических каналов

Одной из основных проблем, связанной с ELH и ULH DWDM сетями, является зависимость затухания в оптическом волокне от длины волны оптического канала. Вследствие этого возникает эффект различия уровней мощности в оптических каналах, что приводит к ухудшению характеристик OSNR.

Для сокращения времени запуска системы и быстрого ее обновления в MHL 3000 была введена концепция интеллектуальной оптической платформы на уровне сетевого элемента. Это позволило реализовать концепцию plug & play и полностью автоматической калибровки параметров оптических каналов. Динамическое выравнивание мощности оптических каналов предотвращает сбой в отдельных каналах, проходящих через соответствующие узлы, что упрощает как первоначальный запуск сети, так и ее рост, сокращая тем самым операционные расходы.

После однократного запуска системы устанавливаемые новые модули автоматически распознаются, и оптические параметры всего канала устанавливаются и оптимизируются с учетом этих модулей, что приводит к оптимизации требуемых характеристик оптических каналов.

В обычных рабочих условиях система имеет возможность реагировать на любое изменение затухания оптического волокна (в частности в следствие старения) в пределах допустимости оптического бюджета.

В случае изменения числа оптических каналов система имеет возможность распознать присутствие добавляемых или отсутствие удаляемых оптических каналов и автоматически перекалибровать систему. Это приводит к тому, что система не требует присутствия обслуживающего персонала на каждом промежуточном узле, а требует только их кратковременного присутствия на узлах где вводятся или выводятся соответствующие оптические каналы.

Возможности безобрывного расширения системы

Благодаря модульной архитектуре системы и возможностям интеллектуальной оптической платформы, любое изменение числа оптических каналов происходит без влияния на рабочий трафик. В частности, расширение емкости OTN узла возможно путем добавления дополнительной корзины, которая заполняется соответствующими модулями транспондеров, мультиплексоров/транспондеров и управляемых оптических аттенюаторов (для подключения прямых цветных интерфейсов). Для получения максимальной гибкости корзины расширения могут быть как однорядными, так и двухрядными. Эта концепция применяется к любому типу сетевого узла.

Возможно также расширение сетевого узла до узла оптической коммутации (с функцией выравнивания или без нее) или до ROADM. Такие возможности позволяют минимизировать общую стоимость DWDM сети и осуществить безобрывное расширение при изменении сетевой топологии.

Технология широкополосной компенсации дисперсии

В MHL 3000 применяется технология широкополосной компенсации дисперсии, которая обеспечивает полную ее компенсацию для основных типов оптических волокон. Использование широкополосных модулей компенсации дисперсии более предпочтительно, чем методы компенсации, основанные на разбиении на поддиапазоны. Такая методика позволяет сократить сложность и количество оборудования в каждом узле, на котором осуществляется полная или частичная компенсация дисперсии, уменьшая громоздкость системы в целом.

Также чрезвычайно важно, что усилители мощности и модули компенсации дисперсии устанавливаются однажды при начальном запуске сети, и не требуют дополнительного вмешательства при изменении числа оптических каналов.

Защита передаваемого трафика

MHL 3000 предоставляет три формы автоматического резервирования передаваемого трафика: InterCard 1+ 1, 1+1 Card Protection и 1+1 OMSP. Две первые схемы используют дублируемые транспондеры или мультиплексоры/транспондеры, связанные между собой пассивными оптическими делителями мощности, и обеспечивают резервирование пользовательского трафика от точки его ввода до точки выхода.

OMSP базируется на плате делителя/коммутатора и осуществляет дублирование DWDM сигнала по двум парам волокон.