Záměr 2004: Optické sítě
1 of 8
file:///C:/2004.htm
3 Optické sítě 3.1 Zaměření aktivity Aktivita Optické sítě byla v roce 2004 zaměřena zejména na výzkum a vývoj CEF sítí (Customer Empowered Fiber network) a na spolupráci při výzkumu a vývoji globální experimentální lambda infrastruktury GLIF (Global Lambda Integrated Facility). V rámci toho jsme se zabývali získáváním vhodných optických vláken, metodami přenosu dat v CEF sítích, přenosovými zařízeními pro CEF sítě, možnostmi přenosu vzduchem rychlostí 100 Mb/s a více pro první míli, realizací experimentální sítě CzechLight pro přístup do GLIF a GN2 testbed, spoluprací na rozvoji nových aplikací užívajících GLIF. Zvláštní pozornost jsme věnovali nízkonákladovým technologicky pokročilým zařízením, která by měla umožnit rozšiřování CEF sítí včetně zvyšování počtu koncových pracovišť a postupně i jejich uplatnění v rozvíjejících se zemích. V rámci aktivity se sdružení CESNET stalo výzkumným pracovištěm, podporujícím rozvoj CEF sítí i v zahraničí. Podpora CEF sítě CESNET2 je v aktivitě Optické sítě již tradiční. Dlouhodobým cílem budování CzechLight je zpřístupnění GLIF pro všechna pracoviště v ČR schopná účasti v příslušných mezinárodních aplikačních projektech a experimentech a využití jako národní testbed pro další mezinárodní výzkumnou spolupráci (například v GN2 JRA4, kde se začíná budovat mezinárodní vláknový a lambda testbed). Výsledky výzkumu se ověřují a uplatňují v laboratorních podmínkách i v rozlehlých experimentálních sítích a následně pak v produkčních sítích (například CESNET2, AMREJ a GN2). V některých případech se ukázalo, že od běžných obchodní vztahů s pronajímateli vláken (kdy je hlavně potřebné umět zadat reálný požadavek na pronájem vláken a získat cenově výhodné nabídky) je vhodné přejít k výzkumné a vývojové spolupráci, která umožní poskytování optických tras s nadstandardními parametry, časté experimenty s úpravou trasy (například změny délek a parametrů zkušebních tras a změny poměru délek vláken G.652 a G.655), ověřování zařízení vyvíjených pro in-line použití a podobně. Řešitelé spolupracují na ověřování s projektanty a provozovateli sítí v různých zemích značně odlišných svými podmínkami. Součástí aktivity je účast na projektech EU GN2 - Multi-Gigabit European Academic Network (aktivity SA1, JRA3 a JRA4) a jednom grantovém projektu. Výsledkem práce v roce 2004 je rovněž příprava účasti na projektu EU SEEFIRE, mezinárodním projektu CzechLight extension (výzkumná spolupráce s dodavatelem hardware) a účast na dalším grantovém projektu. Aktivita GN2-SA1 Procurement zajišťuje získání nových tras a technologií pro panevropskou produkční síť Géant2. Aktivita GN2-JRA3 se zabývá průzkumem současného stavu a dalším rozvojem služby alokace a rezervace šířky pásma (jinými slovy šířka pásma na žádost, BoD) v modifikaci orientované na spojení typu konec-konec. Výzkumná aktivita GN2-JRA4 se zabývá shromažďováním poznatků o nových koncepcích budování sítí a evropským propojením národních testovacích sítí. Zároveň je zaměřena na testování nových přenosových technologií. Projekt EU SEEFIRE je zaměřen na vytvoření studie o dostupnosti síťové infrastruktury a možných strategiích rozvoje sítí pro vědu a vzdělávání v regionu jihovýchodní Evropy a má přispět ke včlenění zemí regionu do komunity eInfrastruktury a zvýšit jejich technologickou způsobilost k mezinárodní spolupráci. Technické jádro prací spočívá v přípravě meziměstských a mezistátních propojení temnými vlákny a výběru nenákladné a progresivní technologie pro jejich nasvícení. Mezinárodní projekt CzechLight extension připravuje rozšíření experimentální sítě CzechLight v geografickém i funkčním smyslu. V projektu budou s podporou výrobce vyvíjena a ověřována přenosová a přepínací zařízení Cisco pro CEF sítě a testovány aplikace. Grant GAČR řešený od roku 2004 je zaměřen na Optimalizace přenosu dat rychlostí 10 Gbit/s po vláknech G.652 bez použití linkových EDFA s ohledem na dosažení maximální přenosové vzdálenosti. Nově získaný grant programu Informační společnost je zaměřen na Ramanovské vláknové zesilovače s časově multiplexovaným čerpáním.
3.2 Podpora rozvoje CEF sítí Aktivita Optické sítě v roce 2004 začala podporovat rozvoj CEF sítí i v zahraničí. Tato podpora je obvykle založena na principu vzájemné výhodnosti. Pro rozsáhlejší uplatnění výsledků v jihovýchodní Evropě v roce 2005 jsme získali podporu EU (projekt SEEFIRE). Aktivita rovněž připravila program semináře CEF Networks s širokou mezinárodní účastí a založila mezinárodní elektronickou konferenci účastníků. Tradičně také spolupracuje na získávání vláken a ověřování přenosových systémů pro síť CESNET2. Nezávisle na tom byl vedoucí aktivity v lednu 2004 požádán o přehledovou přednášku o nasazování temných vláken v evropských NREN na TERENA Networking Conference 2004 a stal se členem Procurement committee projektu GN2. V rámci přípravy GN2 získali řešitelé aktivity vedení úkolu Technology testing v JRA4 a významnou účast v JRA3. Semináře Customer Empowered Fibre networks, který se konal 25. a 26. května 2004 v Praze, se zúčastnilo 46 účastníků ze sítí národního výzkumu z 20 zemí Evropy, Kanady a USA. V 17 přednáškách se účastníci informovali o situaci ve svých zemích při
8.12.2006 9:32
Záměr 2004: Optické sítě
2 of 8
file:///C:/2004.htm
nasazování CEF sítí a o nejdůležitějších trendech v této odborné oblasti. Potvrdilo se, že výsledky a pojetí řešitelů aktivity Optické sítě patří k nejpokročilejším ve světě v relativním rozsahu nasazení vláken a ve využití progresivních přenosových zařízení. Uspořádání semináře velmi ocenila řada účastníků a očekává se od nás pokračování. Základní charakteristikou CEF sítí je, že jejich provozovateli jsou sami uživatelé, kteří si pronajmou pouze vlákno (případně si je nechají položit) a sami zajistí technologii, která po něm přenáší data. Mají tak k dispozici vlákna nebo právo jejich užití a zároveň rozhodují o způsobu výstavby sítě (zejména jejího optického přenosového systému) a o řízení sítě. Protože uživatelé sítí provozovaných zákazníky - často jde o vědecká a výzkumná pracoviště - mají specifické požadavky na přenosové parametry a ceny, jsou CEF sítě stavěny "na míru" podle skutečné potřeby. Účastníci semináře dospěli k závěru, že CEF sítě jsou již úspěšně implementovány v několika zemích včetně České republiky, a to na úrovních národních sítí pro vědu a výzkum. Zároveň vydali doporučení vyzývající k pokračování mezinárodní spolupráce, která by se v oblasti CEF sítí měla v nejbližší době zaměřit především na pokračování výměny následujících informací: zkušenosti se získáváním a nasazením temných vláken v NREN (National Research and Education Network) propojování uzlů NREN blízkých hranicím temným vláknem stavebnice přenosového vybavení a řešení pro navrhování CEF sítí reference na vznikající přenosové technologie, vybavení pro plně optické sítě apod. pokročilé přenosové systémy pro optické trasy na velké vzdálenosti proveditelnost PC WAN CEF sítí návrh zákaznického přenosového vybavení pro CEF sítě s optickými moduly a programovatelným hardwarem možnosti sdílení velmi dlouhých temných vláken několika NREN, DANTE, Internet2, Canarie, výzkumnými institucemi a dalšími neziskovými organizacemi (metodou sdílení je například implementace lambda služeb) dohledná budoucnost CEF sítí další témata důležitá pro návrh a nasazení CEF sítí. Na semináři také proběhla diskuse o možnosti budovat jádro panevropské produkční sítě GN2 jako CEF síť, která se ukázala pro další rozvoj GN2 velmi důležitá. CESNET je v současnosti pravděpodobně celosvětově nejvýznamnější organizací v oblasti návrhu a provozu zákaznických optických sítí s velkým rozpětím. Je to výsledek asi čtyřletého vývoje podporovaného mj. předchozím i nynějším výzkumným záměrem, vysokými školami, Akademií věd a téměř všemi vlastníky nenasvícených optických vláken v České republice. CESNET se pustil do vývoje CEF sítí jako jedna z prvních organizací ještě v době, kdy tento směr téměř nikdo nepodporoval: v roce 1999 připravil trasu Praha-Brno (323 km, 2,5 Gbit/s) z pronajatých optických vláken a její provoz zahájil v únoru 2000. Od tohoto data se gigabitové přenosové trasy produkční sítě CESNET2 skládaly nejen z pronajatých nenasvícených vláken zakončených přenosovými zařízeními, jež spravují pracovníci CESNETu, ale i z pronajatých gigabitových přenosových služeb, které spravují telekomunikační operátoři. Ukázalo se, že z cenových důvodů je rozhodně třeba dát přednost pronájmu temných vláken. Použití vlastních přenosových zařízení navíc přináší velmi důležité nové možnosti při návrhu a správě budoucích sítí, které nabízejí nejen služby typu "best effort", ale i služby potřebné pro aplikace v reálném čase (připojení vzdálených drahých nebo unikátních výzkumných zařízení, vzdálená přítomnost, prostředí pro vzdálenou spolupráci atd.). Od roku 2002 jsme se intenzivně snažili převést síť národního výzkumu České republiky CESNET2 na temná vlákna. V protikladu k jiným dnešním zákaznickým optickým sítím ve světě jsme se rozhodli významně snížit počet regenerátorů nebo zesilovačů, které se připojují na temná vlákna v terénu v tzv. domcích. Znamená to, že místo běžně užívaných vláknových tras, jejichž rozpětí neboli segmenty (délka vláken mezi domky) měří kolem 80 km, použijeme několika velmi dlouhých segmentů o délce asi 150-200 km nebo vláken s jediným segmentem o délce max. asi 300 km. Tato technologie omezující počet segmentů umožňuje snížit provozní náklady a je velmi důležitá při nedostatku personálu vysoce kvalifikovaného v oblasti optiky. V důsledku toho lze upravit architekturu sítě národního výzkumu a vzdělávání (umístění bodů přítomnosti v prostorách univerzit) i dalších zákaznických optických sítí tak, aby byl počet použitých domků a zařízení v terénu co nejmenší. V roce 2003 CESNET zahájil spolupráci s dodavatelem, který mu pomohl zřídit vláknové okruhy první míle. Přechod produkční sítě CESNET2 na zákaznická nenasvícená vlákna byl z největší části dokončen v roce 2003. V prosinci 2004 CESNET využíval 3828 km temných vláken, z toho 3310 km v produkční síti CESNET2 a nemá pronajatu žádnou vnitrostátní gigabitovou službu od telekomunikačního operátora. Většina těchto vláken je nasvícena jako okruhy s velkým rozpětím. CESNET provozuje šest jednovláknových meziměstských okruhů o celkové délce přes 350 km s přenosovou rychlostí 100 Mb/s, které jsou vhodné zejména k připojení menších uzlů sítě, v provozu jsou mezinárodní okruhy 1GE Brno-Bratislava s nenasvíceným vláknem pro připojení slovenské sítě NREN SANET a 1GE Ostrava-Bielsko-Biala s nenasvíceným vláknem pro připojení polské sítě NREN Pionier.
8.12.2006 9:32
Záměr 2004: Optické sítě
3 of 8
file:///C:/2004.htm
Obrázek 3.1: Topologie CEF sítě CESNET2 v prosinci 2004 (větší obrázek)
3.3 Zpřístupnění a podpora využití experimentálních sítí GLIF je jedna z nejvýznamnějších globálních aktivit ve výzkumu a vývoji sítí a účast na ní je významná pro postavení českého výzkumu ve světě (jednání o rozvoji GLIF se účastnilo 50 nejvýznamnějších odborníků vybraných zakladateli). V souvislosti s budováním hybridní sítě Géant2 a testbedu GN2 a v souladu se strategií GLIF předpokládáme, že GLIF nebude konkurovat službám poskytovaným těmito sítěmi a zaměří se na pokročilejší aplikace a globální experimenty.
Obrázek 3.2: Global Lambda Integrated Facility (větší obrázek) Lambda připojení z Prahy do Amsterdamu na GLIF prostřednictvím nizozemské experimentální sítě NetherLight mělo od roku 2003 rychlost 2,5 Gb/s. Povýšení přístupu na 10 Gb/s proběhlo 1. 9. 2004. NetherLight v té době přecházel z přepínačů Cisco na nové přepínače Nortel. Přes tuto změnu propojení proběhlo úspěšně. Tím se postavení CzechLight v síti GLIF (a tím i v americkém uzlu TransLight) dostalo na adekvátní úroveň a došlo ke zlepšení možností mezinárodních experimentů a zvýšení zájmu o spolupráci s ČR v zahraničí. Výsledky byly prezentovány na světovém GLIF meetingu v Nottinghamu v září 2004. Síť CzechLight je využívána pro zpřístupnění GLIF i jako testbed pro další testy a zpřístupnění jiných sítí (například GN2 testbed). Využití CzechLight proto má a bude mít stejný charakter, jako má využití GLIF a testbedů: umožnit experimentální rozvoj síťování a rozvoj nových pokročilejších aplikací způsobem nepřijatelným pro produkční sítě nebo v době, kdy to na sítích produkčního charakteru ještě není možné.
Obrázek 3.3: Síť CzechLight (větší obrázek)
8.12.2006 9:32
Záměr 2004: Optické sítě
4 of 8
file:///C:/2004.htm
Experimentální síť CzechLight nabízí pro uživatele z různých oblastí výzkumu kvalitativně nové možnosti řešení požadavků a potřeb vznikajících v důsledku vědecké a výzkumné spolupráce. Ve Fyzikálním ústavu AV ČR (FZÚ) v Praze 8, Na Slovance 2 bylo zřízeno Regionální výpočetní centrum pro fyziku částic, které bylo otevřeno 1. 11. 2004. Centrum zajišťuje výpočetní a úložnou kapacitu pro náročné výpočty experimentů D0 na urychlovači TEVATRON ve FERMILAB a ATLAS a ALICE na budovaném urychlovači LHC v CERN. Spolupracujícími pracovišti jsou v Praze Matematicko-fyzikální fakulta UK (MFF), Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT Břehová 7 a Trojanova 13 (FJFI), Ústav technické a experimentální fyziky ČVUT (ÚTEF) a Ústav jaderné fyziky AV ČR, Řež (ÚJF). Zpřístupnění CzechLight pro tato pracoviště postupně realizujeme. Zatím jsme připojili tři z nich vyhrazenými temnými vlákny (ÚJF, MFF a FZÚ). Na všech pracovištích byly úspěšně provedeny testy spojení. Ve spolupráci s CWDM projektem Fondu rozvoje CESNETu je již připraveno spojení GE lambdou přes PASNET pro FJFI Břehová, kde je použita technologie FWDM mux/demux pro 1310 a 1550 nm. Po dodání zbývajícího přenosového technického vybavení koncem roku bude propojení pracovišť ověřeno jako celek. Počátkem roku 2005 bude realizován spoj do ÚTEF a FJFI Trojanova. Dalším významným krokem z hlediska rozvoje aplikace je zajistit optické spojení z uvedených pracovišť do některého z dalších významných mezinárodních center (RAL v Anglii, FNAL v USA, TAIPEI na Taiwanu apod).
Obrázek 3.4: Současný stav připojení pracovišť fyziky částic k CzechLight (větší obrázek) Aplikace z oblasti fyziky částic patří ve světě k těm, které nejvíce motivovaly vznik lambda sítí a hybridních sítí a jsou mezi prvními i při využití CzechLight. Záměr využití CzechLight je však pochopitelně podstatně širší. V rámci aktivity Optické sítě nyní nabízíme pracovištím z různých oborů spolupráci směřující k jejich připojení na CzechLight, pokud připravují aplikaci potřebující využívat GLIF. Pro realizaci je potřebná přímá účast řešitelů aplikace na aktivitě Optické sítě nebo spolupráce s jinou aktivitou či jiným projektem sdružení CESNET - podle situace. Několik prvních aplikací tak má pilotní charakter a použijí se pak jako příklad pro další. Později může dojít k situaci, kdy aplikace nebo její část přejde na produkční síť, neboť je to již pro ni potřebné (například začne potřebovat trvale vysokou dostupnost) a proveditelné. I v době, kdy bude možné na hybridních produkčních sítích poskytujících lambda služby realizovat mezinárodní a národní přenosy 10 Gb/s a více však bude nezbytné mít řešení první míle - například připojení pracoviště optickými vlákny realizovanými nyní pro připojení na CzechLight. Dostupnost GLIF a CzechLight pro aplikace má nyní charakter ručního plánování a přidělování prostředků. I když později půjde o rychlé (programově řízené) přidělování prostředků (zejména přenosových kapacit), bude to obecně vzato přidělování na omezenou dobu. To je však v počáteční fázi rozvoje nové aplikace zpravidla více než postačující. V roce 2005 budou pokračovat práce na zpřístupnění CzechLight v ČR pro experimenty z oblasti počítačových sítí (jako byly mezinárodní přenosy pro projekt 6NET), pro experimentální přenosy dat v oblasti fyziky částic, pro propojení superpočítačových clusterů, pro dálkové řízení experimentů a měření a zpřístupnění nákladných zařízení (první testy proběhly se zpřístupněním generátoru a analyzátoru sítě Spirent AX/4000 s porty 10GE), pro využití v lékařských projektech a další aplikace. Snahou je připojit všechna výzkumná pracoviště, která jsou schopna vyzkoušet užití lambda služeb ke své mezinárodní spolupráci a bez CzechLight by tuto možnost neměla. Počítá se rovněž s využitím pro národní rozšíření testbedu GN2 v rámci GN2 JRA4. Pro zpřístupnění CzechLightu na Moravě bude jeho brněnský uzel doplněn přepínačem 10GE. Způsob jeho napojení na pražský uzel má ještě varianty: buď se dodavatelům vláknové trasy Praha-Brno ještě podaří dosáhnout snížení útlumu na slibovaných cca 65 dB, nebo se podaří snížit chybovost přenosu použitím citlivějších přijímačů a filtrů, nebo použijeme v každém směru jeden in-line optický zesilovač. Připojení dalších pracovišť v Čechách bude v případě potřeby řešeno GE respektive 10GE na vláknech z Prahy (zatím jsou připravena vlákna do Plzně), na Moravě z Brna.
3.4 Metody přenášení dat v CEF sítích Zaměřili jsme se zejména na testování 1 Gb/s (1GE) a 10 Gb/s (10GE, SONET/SDH) NIL přenosů. Při použití CWDM GBIC je možné překlenout vzdálenost 325 km s dostatečnou rezervou i pro dva kanály. Při těchto experimentech jsme použili výkonový EDFA zesilovač (booster), ramanovský vláknový zesilovač a optický laditelný filtr pro oddělení kanálů a potlačení šumu. Experimenty na rychlostech 10 Gb/s jsme rozšířili o testování 10G DWDM SONET zařízení Cisco ONS 15454. Významným výsledkem je přenos na vzdálenost 290 km při použití vláken G.652. V této konfiguraci byla použita následující zařízení: EDFA booster, ramanovský laser a dva EDFA předzesilovače, čtyři optické filtry a celkem čtyři DCF moduly.
8.12.2006 9:32
Záměr 2004: Optické sítě
5 of 8
file:///C:/2004.htm
Další testy jsme provedli na vláknech G.655, která jsme pořídili v květnu 2004. Překlenutelná vzdálenost byla v tomto případě také 290 km, oproti G.652 stačilo použít jeden EDFA předzesilovač, tři filtry a jeden DCF modul. Poslední testy jsme prováděli na kombinacích vláken G.652/G.655, které mají značný praktický význam. Některé trasy pro síť CESNET2 i CzechLight se skládají z těchto vláken. Nejvýznamnější dosažený výsledek je bezchybný přenos na vzdálenost 302 km/65 dB při použití 10G DWDM SONET karet na trase skládající se z 50 km G.652 a 252 km G.655. Maximální délka trasy, při které systém ONS 15454 ještě fungoval, byla 313,4 km/67 dB, ale v tomto případě byla chybovost příliš vysoká a pro praktické nasazení nepoužitelná. Jeden z nejvýznamnějších poznatků testování vláken G.652 a G.655 je následující: nejlepší vlastnosti z hlediska překlenutelné vzdálenosti má taková trasa, kdy na začátku a konci je alespoň 15 km G.652. Důvodem je větší průměr jádra a možnost navázání většího výkonu. Vlákno G.655 je zase výhodnější z důvodu menší chromatické disperze. Všechny tyto výsledky jsme použili při projektování a oživování 10G CzechLight trasy z Prahy do Brna. Mezinárodní spolupráce byla navázána zejména s kolegy z NREN v Irsku a Slovinsku, kteří projevili vážný zájem o nasazení vyvíjených optických zesilovačů a nasazení 10 Gb/s přenosů metodou NIL. Pokračovali jsme také v experimentech s přenosem 10GE signálů (Cisco Catalyst 6503) a byli jsme schopni překlenout trasu dlouhou 287 km (složení trasy bylo 202 km G.655 a 85 km G.652). Na této trase jsme testovali také přenos 2×10GE, přičemž maximální překlenutelná délka trasy pouze z vláken G.652 je 252 km. Významné vylepšení očekáváme při nasazení DWDM XENPAK, citlivost těchto zařízení je lepší než citlivost karet 10G DWDM SONET/SDH. Na obrázku 3.5 je znázorněna možnost pokrytí území ČR systémem Cisco ONS 15454 při použití metody NIL. Je zřejmé, že největším problémem je nejdůležitější trasa Praha-Brno.
Obrázek 3.5: Pokrytí území ČR systémem Cisco ONS 15454 metodou NIL Zapůjčení praseodymového zesilovače firmy FiberLabs a později pořízení dvojice těchto zesilovačů nám umožnilo započít s experimenty se zesilováním v pásmu 1310 nm. Zejména pro rychlosti 10 Gb/s (a v budoucnu i vyšší) lze s výhodou v tomto pásmu využít nízké chromatické disperze vláken G.652. Při zachování konceptu NIL se podařilo zvýšit dosah 10GE modulů XENPACK ze 40 na 120 km, respektive u 1GE LXE GBIC transceiverů z udávaných 30 km až na 125 km. S použitím jednoho linkového zesilovače pak překlenutelná vzdálenost vzrostla na 160 km, respektive na 175 km. Testovali jsme i další technologie pro zesilování v pásmu 1310 nm a kromě PDFA zesilovačů jsme používali i ramanovský vláknový laser. Použití ramanovského zesilování pro pásmo 1310 nm je relativně nové, našli jsme pouze jednoho výrobce této technologie. Testy proběhly prozatím pro 1GE s lasery FP a podařilo se nám překonat vzdálenost 160 km vlákna. Je si ovšem nutno uvědomit, že 160 km vláken dle G.652 má útlum cca 60 dB. V plánu je testování 1GE s lasery DFB (předpokládáme nárůst překlenutelné vzdálenosti) a zejména dalších 10GE adaptérů (S2io, Chelsio), u kterých jsou také k dispozici pouze vysílače 1310 nm. O tyto výsledky projevil zájem jeden domácí operátor. Teoreticky a experimentálně jsme zkoumali možnost stabilizace zisku kaskády tří ramanovských zesilovačů, používáme osmikanálový DWDM systém opět zakoupený z prostředků grantu GA ČR. Zároveň jsme se začali zabývat teoretickou analýzou, experimentální realizací a ověřením vlastností širokopásmových ramanovských vláknových zesilovačů s časovým spínáním čerpacích zdrojů. ÚRE AV ČR ve spolupráci s CESNETem se podařilo získat projekt programu Informační společnost. Výsledky těchto projektů použijeme při dalším budování vláknových sítí, šance na uplatnění mají i v mezinárodních projektech (Géant2, SEEFIRE). Získané teoretické i praktické zkušenosti jsme využili zejména při rozšiřování sítě CzechLight. Uzel v Brně je zřízen v plánované konfiguraci, jeho připojení rychlostí 10 Gb/s na uzel CzechLight v Praze je realizováno metodou NIL, ale zatím nemá přijatelně nízkou chybovost přenosu. Příčinou je zejména útlum vláken, který byl pro tuto trasu G.655+G.652 v délce 298 km přislíben cca 65 dB. Při předání trasy byl její útlum 74 dB a přes řadu opatření pronajímatele je v současné době cca 67 dB. Laboratorní trasa s útlumem 65 dB (délka vláken na cívkách 302 km) fungovala při přenosu dat s bitovou rychlostí 10 Gb/s bezchybně. Pronajímatel
8.12.2006 9:32
Záměr 2004: Optické sítě
6 of 8
file:///C:/2004.htm
slíbil další snížení útlumu trasy a zlepšení je možné i z naší strany (laditelné vláknové mřížky pro kompenzaci disperze, nízkošumové zesilovače na bázi PC Light, vylepšené optické filtry pro potlačení šumu). Výsledky výzkumu v této oblasti byly publikovány na mezinárodních konferencích a v prestižních časopisech, úplný seznam lze nalézt v příloze této zprávy.
3.5 Přenosová zařízení pro CEF sítě V rámci subaktivity PCLight byl sestaven prototyp plně dálkově ovládaného optického vláknového zesilovače PCLight 2v1 jako prvek stavebnice síťových zařízení na bázi PC nazývané PC Light. Jádro zařízení PCLight 2v1 tvoří modul EDFA, který obsahuje dva zesilovače. První je navržen jako výkonový zesilovač (booster), druhý jako předzesilovač s velmi nízkým šumovým číslem. Díky této konstrukci lze zesilovač PCLight 2v1 použít na trasách, kde je nutné optické zesilování signálu za vysílačem a před přijímačem, tj. jak na kratších trasách zesilovaných pouze jednostranně, tak i na delších trasách, včetně tras s kompenzací chromatické disperze. Při laboratorních experimentech s tímto zesilovačem bylo možno při přenosu 1GE signálu překlenout 225 km vlákna G.652 při využití boosteru, při použití boosteru i předzesilovače vzdálenost 300 km. Při současném čerpání vlákna ramanovským laserem vzrostla překlenutelná vzdálenost na 325 km. Zesilovač PCLight 2v1 byl úspěšně nasazen v testovacím provozu na 1GE experimentální trase CzechLight Praha-Plzeň (délka 159,4 km, útlum 36,7 dB). Rovněž byl vyzkoušen na připravované trase produkční sítě CESNET2 Praha-Hradec Králové (150,4 km, útlum 35,69 dB). Pozitivní ohlas nejen uvnitř CESNETu nás vedl k vývoji nové verze, kde budou použity dva EDFA moduly v jedné skříni rozměru 1U a která poskytne podstatně vyšší spolehlivost díky záložnímu napájecímu zdroji, GSM modemu pro out-of-band management a monitorování důležitých provozních parametrů (optické výkony, napájecí napětí, teploty zesilovače a zdrojů, otáčky větráků). Prototyp je téměř dokončen, čeká se jen na výměnu dodaných vadných napájecích zdrojů. Pro jednoduché a ekonomické připojování k experimentálním sítím (např. CzechLight) byly vyvinuty dva typy PC 1GE LAN adaptérů pro sběrnici PCI-X. První typ používá standardní dvouvláknové CWDM transceivery. V laboratoři bylo dosaženo maximální překlenutelné vzdálenosti 125 km vlákna G.652 při přenosové rychlosti 956 Mb/s. Tato přenosová rychlost odpovídá maximální možné dosažené rychlosti při přímém propojení dvou PC přes útlumové články. Předpokládáme, že užitím modernějších transceiverů, které se v poslední době objevily na trhu, by překlenutelná vzdálenost měla vzrůst na 140 km. Druhý typ 1GE adaptérů je určen pro ekonomicky velmi výhodný duplexní optický přenos po jednom vlákně. Pro jeden směr je užita vlnová délka 1510 nm, pro druhý směr 1590 nm. Laboratorně ověřený dosah činil 105 km vlákna G.652 při maximální přenosové rychlosti 956 Mb/s. Uvedený zájem o PC Light ukazuje, že současná součástková základna pro optické přenosové systémy dovoluje stavět podstatně lepší/levnější přenosová zařízení, než jsou obvykle nabízena na trhu. To by samo o sobě nebylo postačujícím důvodem pro realizaci takových zařízení v rámci aktivity Optické sítě, podstatnější je možnost použít tato zařízení a jejich varianty pro ověřování principů stavby optických a optoelektronických sítí. V roce 2005 chceme v rámci aktivity rozšířit dosavadní optické pracoviště na laboratorní testbed (později i s dálkovým lambda přístupem) určený pro výzkum, vývoj a ověřování nových optických síťových zařízení. Předpokládáme, že tímto způsobem lze ovlivnit výzkum, vývoj a nasazování CEF sítí směrem k nižší ceně, vyšší technologické úrovni a vyšším přenosovým rychlostem (40 Gb/s a více). Jedním ze stavebních prvků ověřovaných v roce 2005 budou také optické přepínače. Na rozdíl od přepínačů Calient zkoušených v Starlight a NetherLight předpokládáme spíše orientaci na využití planární součástkové základny. Výhodou je snadná možnost integrace a vyšší mechanická odolnost planárních přepínačů.
3.6 Přenosy vzduchem rychlostí 100 Mb/s a více Při budování CEF sítí je v řadě případů velmi obtížné nebo nákladné položit vlákna v některých úsecích, které nejsou příliš dlouhé (například stovky metrů). Typické to je zejména v případě připojování koncových účastníků (tzv. první nebo poslední míle). V takových situacích se nyní nejčastěji volí vybudování trasy založené na bezdrátové technologii WiFi (802.11b resp. 802.11g), která však nabízí reálné přenosové rychlosti 6 Mb/s resp. 20 Mb/s a potýká se s častými problémy s rušením. Pro první míli CEF sítí jsou však zpravidla potřebné přenosové rychlosti 100 Mb/s až 10 Gb/s. Optické přenosy rychlostí 2,5 Gb/s jsou již v dodavatelských možnostech, objevují se i přísliby mikrovlnného přenosu 1 Gb/s. Plošné uplatnění v CEF sítích (pak to budou CE sítě) je však také podmíněno nízkými výrobními a provozními náklady a pro účely budování experimentálních sítí je rovněž potřebné mít možnost modifikací a vývoje použitých zařízení. Vývoj navazuje na rozsáhlé zkušenosti CZFree s vývojem a uplatněním nízkonákladového zařízení FSO (Free Space Optics) 10 Mb/s, které umožnilo řadě studentů vysokých i středních škol a dalších zájemců včetně učitelů pořídit si přípojku 10 Mb/s z domova, což by bylo při nákupu komerčních služeb nebo zařízení finančně nereálné. Důležité je, že tím došlo k plošnému rozšíření vysokorychlostního přístupu do Internetu způsobem, který nebyl možný běžnou komerční cestou. Proto hledáme reálné možnosti využití nízkonákladových zařízení pro stavbu CE Networks, kde budou potřebné i vyšší rychlosti přenosu, a porovnáváme je s komerčními nabídkami příslušných zařízení. V lokalitě Beroun na síti CESNET2 jsme dlouhodobě sledovali provoz 10 Mb/s FSO spoje a materiálové změny na jeho mechanické konstrukci. Na základě jeho vyhodnocení jsme provedli změny v mechanické konstrukci a repasi stávajícího FSO. Učinili jsme i pokus použít v tomto pojítku elektroniku pro 100 Mb/s, potlačení slunečního svitu potřebné pro APD fotodiodu v přijímači nebylo postačující. Vyvinuli jsme novou mechanickou konstrukci pro elektroniky FSO schopné vyšších přenosových rychlostí (100 Mb/s a více). Aspekty spojené s vývojem a elektronik 100 Mb/s FSO a mechanických konstrukcí jsme prezentovali na konferenci Optické
8.12.2006 9:32
Záměr 2004: Optické sítě
7 of 8
file:///C:/2004.htm
komunikace 2004. Současně byla vydána ve sborníku odborná stať zabývající se kritérii pro posuzování FSO a způsoby možných řešení konstrukčních problémů. Před koncem roku jsme odzkoušeli základní funkční vzorky elektroniky na 100 Mb/s s APD fotodiodou a VCSEL laserem při nasazení na 250m trase. Testovací trasa byla osazena low-pass optickým filtrem, který odřezává vlnové délky od 790 nm směrem k delším vlnovým délkám. Dále použijeme interferenční filtr, který má omezit rušení mimo přijímané pásmo o vlnové délce 30 nm. Provedli jsme repasi stávajícího 10Mb/s FSO a připravili jeho opětovnou montáž s možností záměn 10Mb/s a 100Mb/s elektronik. Zařízení využijeme také pro zpřístupnění CzechLight z některých pracovišť. Jde o nízkonákladové zařízení (cca 60 000 Kč), což umožní přístup na GLIF a vysokorychlostní sítě další komunitě zájemců. Pro porovnání užíváme technické a cenové informace komerčně nabízených zařízení. Významnější je, když se podaří provést uživatelské testy nebo nasazení takových zařízení. V roce 2004 jsme tak díky instalaci na trase mezi kampusem Západočeské univerzity a kolejí Borská získali velmi dobrou zkušenost s laserovým systémem Laserbit. Systém se chová jako tzv. media convertor. Je modulární, k instalaci se volí vždy odpovídající modul podle délky přenosové trasy a podle požadované rychlosti - tomu pak odpovídá také cena. Pojítko má atesty pro použití v České republice a jeho provozovatel nemusí žádat o udělení žádných licencí ani povolení k provozu. Pro naše účely jsme zvolili model LaserBit LB-1500 E100, který je určen pro přenosovou trasu do délky 1500 m. Jeho laser má výkon 70 mW v class 3B, pracuje na vlnové délce 785 nm a podle technické specifikace dosahuje rychlosti 100 Mb/s full duplex. Zařízení se připojuje přes rozhraní Ethernet UTP 100 Mb/s, alternativně lze zvolit i optické rozhraní. Cena tohoto zařízení (oba kusy pro postavení trasy) byla v době testů 280 000 Kč bez DPH. Výrobce garantuje funkčnost zařízení bez ohledu na počasí (tedy i za mlhy, deště a sněžení) a dodává laserové moduly 100 Mb/s pro vzdálenosti 150, 200, 500, 1000, 1500, 2500 a 5000 m a moduly 1 Gb/s pro vzdálenosti 200, 500 a 1000 m. Funkčnost laserového spoje jsme měli možnost vyzkoušet i za velmi špatného počasí. Ani silná dešťová smršť doprovázená bouřkou ani běžné mlhy přenosovou rychlost nikterak neovlivnily. Při velmi silné mlze však spoj přestal fungovat. Na hustotu mlhy mají značný vliv lokální podmínky každé trasy. Naše trasa vede nad polem ve výšce 40 m, takže hustota mlhy je znatelně větší, než v městské zástavbě. Za dobu pěti měsíců, kdy Laserbit spojuje síť kolejí Borská se sítí kampusu v rutinním provozu, jsme zaznamenali čtyři výpadky při velmi silné mlze, při počasí bez mlhy žádný výpadek. Se započítáním doby výpadků spojení při velmi hustých mlhách zajišťoval systém dostupnost trasy větší než 99,5 %. Na trase se přitom přenáší každou minutu testovací soubor o velikosti 20 MB a výsledky těchto dlouhodobých měření přenosové rychlosti odpovídají provedeným testům. V případě méně příznivých lokálních podmínek konkrétní trasy je pro zajištění nepřetržitého spojení i za velmi hustých mlh třeba trasu zálohovat ještě jiným typem pojítka, např. WiFi. V roce 2005 uvažujeme o testování FSO spoje Laserbit na vzdálenost 2,5 km, vyhodnocení možností technologie WiMAX a tzv. Gi-Fi (Gigabitové Wi-Fi) a sledování dalších technologických možností gigabitových přenosů vzduchem. Zájem o tyto možnosti je dokumentován i zařazením do příslušných mezinárodních aktivit TF-NGN. Zároveň budeme pokračovat ve vývoji a testování nízkonákladových optických pojítek 100 Mb/s a sledování možností dalšího zvýšení rychlosti při zachování relativně nízké ceny.
3.7 Části mezinárodních projektů a grantů v aktivitě Optické sítě V roce 2004 účastníci aktivity začali řešit respektive získali následující části mezinárodních projektů a grantů:
3.7.1 GN2 SA1 Procurement Aktivita SA1 se zabývá opatřováním (procurement) přenosové kapacity, umístěním PoP, zařízením, údržbou zařízení a provozem sítě pro přechod, nebo nahrazení stávajících propojení mezi NREN v rámci GN2 kvalitativně novými trasami. Cílem je, na základě výběrových řízení, vybrat a doporučit optimální trasy a přenosové technologie z hlediska technické a cenové vhodnosti a dostupnosti a uzavřít smlouvy s vybranými dodavateli.
3.7.2 GN2 JRA3 Prvotním cílem této aktivity je zmapovat uživatele BoD (Bandwidth on Demand, přidělování pásma na žádost) a jejich požadavky a následně vypracovat souhrnnou studii současného stavu technologií pro podporu služby BoD. Druhým cílem je vypracování detailní specifikace BoD služeb. Díky komplexnosti vývoje a nasazení BoD toto bude realizováno postupně ve čtyřech úrovních dle rostoucí obtížnosti: jednodoménové manuální poskytování, vícedoménové manuální poskytování, jednodoménové automatické poskytování a nakonec vícedoménové automatické poskytování. Třetí cíl představuje vlastní implementace služby, při které místo vývoje nových řešení dojde k orientaci na integraci stávajících. Poslední cíl pak představuje testování a vyhodnocení služby v reálném prostředí.
3.7.3 GN2 JRA4 Výzkumná aktivita JRA4 projektu GN2 Multi-Gigabit European Academic Network se zabývá shromažďováním poznatků z nových koncepcí experimentálních sítí a propojením národních testovacích sítí s účelem testování nových přenosových technologií pro síť Géant2. Obsahem této výzkumné aktivity je testování nových služeb a přenosových technologií pro síť GN2 v rámci a mezi jednotlivými NREN, které mají vyspělou testovací síť založenou na temných vláknech a mají zkušenosti s progresivními přenosovými technologiemi.
8.12.2006 9:32
Záměr 2004: Optické sítě
8 of 8
file:///C:/2004.htm
Cílem je spojení výzkumných aktivit evropských sítí a propojení národních testovacích základen na základě zkušeností s obstaráváním temných vláken, osazováním nejnovějšími přenosovými technologiemi a provozem takových optických tras. V rámci JRA4 budou též získávány další zkušenosti s novými typy experimentálních sítí, založených na temných vláknech a plně optických, užívajících přenosy na velké vzdálenosti (Long Haul a Ultra long Haul), s multi-lambda přenosy mezi koncovými uživateli sítě apod.
3.7.4 SEEFIRE Projekt má tři základní skupiny cílů. První skupina zahrnuje určení strategických cílů pro rozvoj sítí pro podporu výzkumu a vzdělávání v regionu, zdůvodnění a obhajobu rolí regionálních NREN, určení zemí kde pro získání temných vláken bude nutná podpora vlády a rozšiřování výsledků projektu mimo region, zejména k rozvíjejícím se NREN ve zbytku světa (Jižní Afrika, Latinská Amerika, Středozemí a Asie). Druhá skupina cílů zahrnuje vytvoření aktuálního přehledu potenciálně dostupných temných vláken v regionu včetně jejich typů a vlastníků a zdokumentování existujících technických a administrativních zkušeností s vláknovou infrastrukturou v regionu (na úrovních metropolitních národních a regionálních). Poslední skupina cílů zahrnuje identifikaci vhodných technických řešení optických přenosových systémů se zřetelem na technickou pokročilost při zachování přijatelných cen (CESNET) a nalezení společností, které mají zkušenosti s pokládkou nových optických kabelů, včetně zjištění podmínek a cen těchto pokládek se zvláštním zřetelem na poslední míle. CESNET bude zodpovědný za splnění cílů týkajících se nalezení transmisních technologií vhodných pro region jihovýchodní Evropy.
3.7.5 CzechLight extension Mezinárodní projekt CzechLight extension připravuje rozšíření experimentální sítě CzechLight v geografickém i funkčním smyslu. V projektu budou vyvíjena a ověřována přenosová a přepínací zařízení Cisco pro CEF sítě a testovány aplikace. Nejbližším krokem je přepracování původního návrhu projektu podle současných podmínek a možností. Vzhledem k dořešení podmínek financování může řešení projektu úspěšně začít.
3.7.6 Grantová agentura ČR Cílem společného projektu CESNET-ÚRE-FEL ČVUT Optimalizace přenosu dat rychlostí 10 Gb/s po vláknech G.652 bez použití linkových EDFA s ohledem na dosažení maximální přenosové vzdálenosti je analýza možností optimalizace přenosu NIL přes trasy složené z vláken G.652 a G.655 rychlostí 10 Gb/s s využitím ramanovského čerpání přenosového vlákna a zesílení signálu erbiem dopovanými zesilovači. Výsledky numerické analýzy budou experimentálně ověřeny v laboratorních podmínkách. Experimentálně bude rovněž vyšetřováno použití Braggovských mřížek ke kompenzaci GVD jako náhrada DCF modulů. K laboratorním experimentům bude rovněž využit systém Cisco ONS 15454 SONET MSPP se dvěma kartami OC-192 (přenosová rychlost 10 Gb/s). Předpokládáme, že výsledky simulací i laboratorních testů budou využity v experimentální sítí CzechLight (v případě zájmu i jinde, například v GN2-JRA4).
3.7.7 Informační společnost Cílem společného projektu CESNET-ÚRE Ramanovské vláknové zesilovače s časově multiplexovaným čerpáním programu Informační společnost je teoretická analýza, experimentální realizace a ověření vlastností širokopásmových ramanovských vláknových zesilovačů s časovým spínáním čerpacích zdrojů. Teoretická analýza bude založena na vytvoření numerického velkosignálního modelu TDM RFA, vycházejícího z numerického řešení soustavy vázaných parciálních diferenciálních rovnic popisujících všechny významné jevy probíhající v TDM RFA. Po sestavení a odladění numerických programů pro simulaci chování TDM RFA bude pomocí těchto programů provedena podrobná analýza vlastností tohoto typu ramanovského zesilovače a vlastnosti budou porovnány s optickými parametry RFA s kontinuálním čerpáním. Výsledky simulací i testů bychom rádi testovali i v síti CzechLight, případně jiné experimentální síti.
8.12.2006 9:32
