Практические навыки изучения систем со спектральным разделением каналов
Шмытинский Виктор Викторович, Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, кафедра «Электрическая связь», профессор, канд. техн, наук, Санкт-Петербург, Россия
ГЛУШКОn Валентин Петрович,
Петербургский Государственный университет путей сообщения императора Александра I, кафедра «Электрическая связь», доцент, канд. техн, наук, Санкт-Петербург, Россия
Ключевые слова: железнодорожный транспорт, сеть электрической связи, DWDM системы передачи, качество каналов связи
Аннотация. В статье рассмотрены вопросы организации обучения специалистов современным волоконно-оптическим системам передачи информации со спектральным разделением каналов, применяемым на сети связи железнодорожного транспорта. Дано описание специально разработанного стенда на базе аппаратуры «Волга» российского производства для подготовки и повышения квалификации специалистов в области эксплуатации первичной сети связи
ОАО «РЖД».
Сеть связи железнодорожного транспорта обеспечивает передачу и распределение информации, необходимой для нормального функционирования всех подразделений. В условиях повышения интенсивности пассажирских и грузовых перевозок, повсеместного внедрения интеллектуальных услуг ее развитие должно базироваться на самых современных и перспективных телекоммуникационных технологиях. Первичная сеть связи является основой для формирования информационных потоков, передаваемых между различными производственными подразделениями и территориально разнесенными железнодорожными объектами. Объем передаваемой информации продолжает расти в геометрической прогрессии, и это необходимо учитывать при проектировании новых линий связи и модернизации существующих.
В настоящее время эта задача решается прежде всего путем внедрения аппаратуры спектрального разделения каналов WDM (Wavelength Division Multiplexing) на магистральном и региональном уровнях [1, 2]. Эти системы позволяют существенно повысить пропускную способность и функциональность сети. Благодаря их применению на большинстве направлений пропускная способность сети увеличивается на существующем, ранее проложенном волоконно-оптическом кабеле в десятки раз.
На магистральной сети используется оборудование плотного волнового уплотнения DWDM с возможностью организации от 40 до 80 оптических каналов, пропускная способность каждого из которых составляет не менее 10 Гбит/с. На дорожной и региональной
сетях применяется аппаратура разреженного или грубого волнового уплотнения CWDM с возможностью формирования от 8 до 18 оптических каналов пропускной способностью 2,5-10 Гбит/с.
При модернизации первичной сети связи [3] практически повсеместно применялось до недавнего времени оборудование WDM иностранных производителей. Основными поставщиками при этом были китайские (Huawei и ZTE) и израильская (ECI) компании. Мультисервисные платформы, сочетающие в себе возможности организации каналов и трактов синхронной цифровой иерархии (SDH), пакетной передачи и оптических каналов WDM уже успешно эксплуатируются на сети ОАО «РЖД».
Однако в современных условиях, в частности, в условиях ужесточения санкций, во всех сферах производства важным направлением является импор-тозамещение. Причем, относительно DWDM можно сказать, что аппаратура российских компаний Т8 и «Супертел ДАЛО» наиболее успешно применяется на крупных отечественных телекоммуникационных сетях.
Технические решения по построению ведомственных сетей, в частности сети ОАО «РЖД», имеют особенности в сравнении с сетями общего пользования. Одна из них заключается в том, что ее развитие с использованием систем передачи со спектральным разделением каналов идет с учетом сохранения цифровых трактов сети МЦСС, построенной целиком на оборудовании синхронной цифровой иерархии SDH (Synchronous Digital Hierarchy).
Тракты SDH, в которых цифровые сигналы передаются посредством синхронных транспортных модулей STM (Synchronous Transport Module) уровней STM-1/4/16, играют важную роль в обеспечении эффективной, надежной и стабильной работы сети и сетевой инфраструктуры, а также передаче тактовых сигналов в системе сетевой синхронизации (ТСС). Синхронизация между устройствами в сети позволяет избежать специфических ошибок в передаче цифровых сигналов - «проскальзываний», в связи с чем тракты SDH весьма важны для работы системы ТСС.
Как известно, оптические каналы систем передачи WDM абсолютно прозрачны для любого телекоммуникационного трафика. Поэтому каналы трактов SDH как магистрального, так и регионального уровней легко вписываются в структуру мультисервисных сетей. Более того, в составе оборудования современных транспортных платформ, использующих технологии WDM, практически всегда присутствуют блоки, формирующие тракты SDH, так как на сетях связи, особенно на уровне доступа, все еще широко применяются системы с временным разделением каналов не только с интерфейсами STM-1, но и интерфейсами первичных трактов Е1. Совместное функционирование таких систем в едином комплексе, включающем аппаратуру с пакетной передачей сигналов, существенно расширяет функциональный потенциал первичных сетей связи, но и требует учета особенностей взаимодействия оборудования, построенного на различных принципах передачи сигналов.
Для изучения этих вопросов при обучении специалистов кафедрой «Электрическая связь» нашего университета было приобретено оборудование технологии WDM отечественного производства, на базе которого сформирован стенд. Он позволяет изучать процессы, происходящие при формировании и передаче цифровых сигналов в оптических трактах, и работает на принципах плотного спектрального разделения каналов DWDM. Система может поддерживать канальную скорость от 10 до 800 Гбит/с с общей пропускной способностью до 38 Тбит/с по одной паре волокон [4].
Благодаря приобретению этой аппаратуры удалось в условиях учебной лаборатории сформировать полный комплекс оборудования, функционирующего на модернизированных первичных сетях связи ОАО «РЖД» в соответствии с Концепцией ее развития. При этом комплекс из первичных мультиплексоров, подключенных к трактам мультиплексоров SDH, дополнился трактами верхнего уровня - оптическими каналами, сформированными в аппаратуре DWDM.
В состав стенда [5] входят два терминальных мультиплексора аппаратуры «Волга», каждый из которых состоит из агрегатора-мукспондера MS-DC10FP-Q3F/01, транспондера TS-10EP-01, мультиплексора OADM-4/4-AV-PM-0 и блока управления (рис. 1).
Блок агрегатора-мукспондера MS-DC10FP-Q3F/01 объединяет до 8 мультисервисных трактов общей емкостью 10 Гбит/с. При этом осуществляется размещение сигналов формата синхронной иерархии STM-1/4/16, оптической транспортной сети OTN (Optical Transport Network), первого уровня OTU1 (Optical Channel Transport Unit) или гигабитной передачи данных GE (Gigabit Ethernet) в блоки OTN второго уровня OTU2. На выходе блока агрегатора-мукспондера формируются оптические сигналы со скоростью передачи 10 Гбит/с на длинах волн, соответствующих сетке частот DWDM (Рекомендация МСЭ-Т G.694.1), с поддержкой резервирования 1+1. В тракте приема происходит обратное преобразование сигналов с распаковкой OTU2 и восстановление форматов компонентных сигналов на стандартных длинах волн.
Блок транспондера TS-10EP-01 обеспечивает прямое и обратное преобразование до 10 сигналов со скоростью передачи 10 Гбит/с (10GE или STM-64) в форматы OTU2 на длины волн спектра DWDM. Каждому клиентскому входу/выходу соответствует свой оптический канал на соответствующей длине волны.
В блоке мультиплексора OADM-4/4-AV-PM-01 выполняется мультиплексирование на передаче и демультиплексирование на приеме сигналов индивидуальных оптических DWDM-каналов. В линию передаются оптические сигналы по одному волокну, каждый на своей частоте (длине волны) с шагом межу каналами 100 ГГц.
В условиях стенда кабельную линию имитирует оптическое волокно, длина которого подбирается в зависимости от имеющегося специального набора катушек.
Блок управления подключается к компьютеру и в автоматическом режиме контролирует параметры базовых блоков и составных частей оборудования. По запросам оператора блок предоставляет информацию в окне русифицированного графического интерфейса в табличном или графическом виде или в виде рассылки оповещений в систему управления сетью. В блоке управления формируется и хранится база данных параметров, собранных в процессе опроса блоков и составных частей, а также фиксируются события, связанные с действиями оператора.
Такая организация стенда позволяет не только изучить состав и функциональные возможности основных блоков аппаратуры, но и осуществлять конкретные действия, позволяющие проверять работу в различных условиях.
Так, за счет реализации различных режимов путем программирования административного состояния клиентских и линейных портов возможно измерять основные параметры организуемых трактов. Кроме того, можно проводить некоторые исследования, такие как:
- моделирование влияния выбора мощности оптического излучения передатчика и чувствительности оптического приемника на качественные показатели организуемых трактов в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т G.821 («секунды с ошибками ES», «секунды, пораженные ошибками SES», «время доступности AS и время недоступности UAS предоставляемых услуг»);
- исследование зависимости допустимой скорости передачи сигналов в линии от выбранных типов и марок оптических волокон;
- исследование условий появления нелинейных процессов в волокне, выбор максимально допустимой мощности оптического сигнала.
Для различных режимов работы трактов STM-1/4/16 используется универсальный тестер цифровых сигналов, который подключается к блоку агрегато-ра-мукспондера станции «А» стенда. При этом на станции «Б» организуется режим переприема сигналов в аналогичном блоке агрегатора-мукспондера.
Известно, что при тестировании телекоммуникационных систем без отключения тракта, показатели качества оцениваются с помощью событий, которые группируются в «аномалии ai» и «дефекты di». Аномалии представляют собой события, при которых обнаруживаются минимальные отклонения реальной характеристики от номинальной. Аномалии не являются препятствием для выполнения функций устройством. Однако при большой плотности вероятности появления аномалий они трансформируются в дефекты. Поэтому аномалии используются при мониторинге для определения дефектов. К ним относятся события, при которых выполнение функций устройством прекращается. В соответствии с рекомендациями МСЭ-Т в трактах SDH определяются: аномалии ai - как блок с ошибкой ЕВ (Errored Block), установленные с помощью процедуры проверки четности чередующихся битов (BIP), и дефекты di на ближнем и дальнем конце тракта.
Результаты моделирования работы телекоммуникационного оборудования выводятся на экране монитора компьютера в специальных вкладках последовательно для следующих элементов: регенераторной и мультиплексной секций, трактов высокого и низкого уровня, а также трибутарных групп.
Тестером цифровых сигналов фиксируются ошибки, которые относятся к аномалиям и выявляются при проверке четности чередующихся битов в трактах высокого и низкого ранга секции, в случае обнаружения дефекта индицируется сигнал аварийного состояния секции.
Меняя параметры передаваемых цифровых сигналов и характеристики используемой оптической линии, обучающиеся могут фиксировать состояние трактов по реакции аппаратуры и анализировать качество принимаемых цифровых сигналов, определяя границы параметров и характеристик, при которых обеспечивается норма на показатели организуемых каналов и трактов.
Выпускники Петербургского государственного университета путей сообщения императора Александра I работают в отраслевых проектных институтах и региональных центрах связи по всей сети железных дорог. Рассмотренный стенд позволяет расширить знания и практические навыки подготовки выпускников университета и повысить квалификацию специалистов в области настройки, ввода в эксплуатацию и технического обслуживания оборудования со спектральным разделением каналов. Внешний вид оборудования, смонтированного в лаборатории «Многоканальная связь», представлен на рис. 2.
СПИСОК источников
1. Шмытинский В.В., Глушко В.П. Оборудование многоканальной связи на сети РЖД И Автоматика, связь, информатика. 2020. № 2. С. 28-32. DOI 10.34649/АТ.2020.2.2.006
2. Обухов А.Д., Понятое А.А. Развитие оптической транспортной телекоммуникационной платформы // Автоматика, связь, информатика. 2021. № 5. С. 16-18. DOI: 10.34649/ АТ.2021.5.5.002
3. Основные направления развития телекоммуникаций ОАО «РЖД» до 2025 года // ЦСС ОАО «РЖД». Москва, 2021,111 с.
4. DWDM-система Вопга!Телеком // Компания Т8 : сайт. URL: https://t8.ru/?page_id=3600 (дата обращения 26.06.2024)
5. Глушко В.П., Шмытинский В.В. Применение аппаратуры технологии DWDM на сетях связи железнодорожного транспорта // Научно-техническая конференция Санкт-Петербургского НТО РЭС им. А.С. Попова, посвященная Дню радио. 2023. Ns 1 (78). С. 206-208.
