МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ № 9 по МДК 05.03 для специальности 11.02.09


МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ, ПРОМЫШЛЕННОСТИ И СВЯЗИ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Ставропольский колледж связи имени Героя Советского Союза В.А. Петрова»
Утверждаю
Заместитель директора по учебной работе
________________ Г.А. Белоусова
«___» _____________2015 г.
Цикловая комиссия Многоканальные системы передачи
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ № 9
по профессиональному модулю – МДК 05.03
Эксплуатация аппаратуры мультиплексирования
(полное наименование учебной дисциплины или проф. модуля с кодом по учебному плану)
Тема: Трансиверы (трансподеры)
СогласованоРазработчик: преподаватель Варфоломеев Д.В.
МетодистОбсуждено на заседании цикловой комиссии
________________ И. В. ЧеркасоваМногоканальных систем передачи
«___»_____________ 2015 г. Протокол №___ «___»_____________2015 г.
Председатель цикловой комиссии
______________/О.А. Гавриленко
Ставрополь, 2015
Тема: Трансиверы (трансподеры)
1. Вводная часть
1.1 Учебная цель – Изучить назначение, особенности эксплуатации трансиверов.
1.2 Связь с другими дисциплинами:
– МДК 02.02 Технология монтажа и обслуживания транспортных систем;
– МДК 02.03 Технология монтажа и обслуживания сетей доступа;
– МДК 02.04 Технология обслуживания инфокоммуникационных сетей связи;
– МДК 01.02 Технология монтажа и обслуживания цифровых и волоконно-оптических систем передачи;
– основы телекоммуникаций.
1.3 Перечень вопросов, используемых для подготовки к занятию:
Что из себя представляют волоконно-оптические мультиплексоры (демультиплексоры)?
Изобразите структуру двухканального одномодового демультиплексора.
Что лежит в основе демультиплексора?
Какие требования предъявляются при изготовлении демультиплексора?
Как изготавливается одномодовый сплавной демультиплексор?
Назовите основные характеристики демультиплексора.
Поясните методику изготовления демультиплексоров.
Назовите основные технологические параметры при изготовлении разветвителей.
Для чего необходима оптическая изоляция каналов демультиплексора?
Какова температура нагрева зоны сплавления волокон?
1.4 Перечень литературы для подготовки к занятию:
Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника: учебное пособие для вузов. 3-е изд. - Издательство: БХВ-Петербург, 2010 – 810 с.
2. Основная часть
2.1 Краткое изложение основных положений:
Идеальная магистральная сеть должна представлять собой единую выделенную оптоволоконную инфраструктуру. Устаревшие сетевые элементы следует удалить из нее и заменить новинками оптоволоконной техники. В действительности же модернизировать сразу всю сеть целиком очень дорого и с организационной точки зрения практически невозможно, поэтому-то в сетях и используют медиаконвертеры — своего рода клей для соединения разнородных физических каналов. Такое устройство может, например, принимать данные из медного канала 100Base-TX и передавать их в оптоволоконный сетевой сегмент 100Base-FX. Поскольку медиаконвертеры работают на физическом уровне, они не мешают осуществлять сетевые функции более высоких уровней; процесс преобразования среды передачи сигналов абсолютно “прозрачен” для коммутаторов, маршрутизаторов и конечных пользователей сети. Фактически медиаконвертеры можно использовать для соединения кабелей разных типов в любой точке сети без оказания какого бы то ни было влияния на ее работу.
Вместе с тем новые технические решения расширили сферу применения медиаконвертеров, выведя ее за рамки простого соединения разнородных сетевых сегментов. Теперь к возможным функциям медиаконвертеров относятся усиление и регенерация передаваемых сигналов, а также образование самовосстанавливающихся отказоустойчивых линий связи.
Медиаконвертеры применяют и в сетевых решениях со спектральным уплотнением каналов (Wavelength Division Multiplexing - WDM). Использование наряду с преобразованием среды передачи сигналов преобразования их длин волн обеспечивает гибкость реализации сетевых решений.
Расширение функциональных возможностей медиаконвертеров породило концепцию универсального конвертера (infinite converter), который поддерживает разнообразные порты, протоколы и функции управления. Появление таких устройств изменило представление специалистов о той роли, которую медиаконвертеры могут играть в деле оптимизации оптоволоконных сетей.
Транспондер оптический — устройство, обеспечивающее интерфейс между оборудованием оконечного доступа и линией WDM.
На входы HYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D1%83%D0%BB%D1%8C%D1%82%D0%B8%D0%BF%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%81%D0%BE%D1%80" \o "Мультиплексор"оптического мультиплексора поступают оптические сигналы, параметры которых соответствуют стандартам, определённым рекомендациями G.692. Такое соответствие достигается благодаря применению в аппаратуре DWDM специального устройства — транспондера. Это устройство имеет разное количество оптических входов и выходов. Но если на любой вход транспондера может быть подан оптический сигнал, параметры которого определены рек. G.957, то выходные его сигналы должны по параметрам соответствовать рек. G.692. При этом, если уплотняется m оптических сигналов, то на выходе транспондера длина волны каждого канала должна соответствовать только одному из них в соответствии с сеткой частотного плана ITU.
Оптические интерфейсы аппаратуры DWDM должны быть совместимы с аппаратурой СЦИ - STM - 16. Однако, согласно рекомендациям HYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%A1%D0%AD" \o "МСЭ"МСЭ G.957 для систем СЦИ (SDH) допустимые значения спектральных параметров на выходных оптических стыках (интерфейсах) имеют следующие значения: ширина спектральной линии Δλ ≈ ±0,5 нм (для STM -16), а центральная длина волны может иметь любое значение в пределах диапазона 1530 -1565 нм.
SFP-трансиверы
Сменные трансиверы имеют огромное значение для проектирования медиаконвертеров и развертывания сетей в целом. Они представляют собой компактные, заменяемые в “горячем” режиме интерфейсные модули, обеспечивающие прием и передачу сигналов при работе в сетях передачи данных, речи и видео, а также в сетях хранения данных. По сравнению с традиционными фиксированными портами они позволяют реализовывать сетевые решения с более гибкой конфигурацией и при этом экономить затраты.
Первыми сменными трансиверами были модули GBIC (Gigabit Interface Converter), предназначенные для оборудования Gigabit Ethernet. Их появление (впервые за всю историю строительства сетей) дало возможность сетевым администраторам подбирать оптимальные оптические интерфейсы для каждого сетевого соединения. Сегодня выпускаются еще и миниатюрные сменные (Small Form-factor Pluggable — SFP) трансиверы, которые значительно меньше модулей GBIC, что позволяет инженерам создавать сетевые устройства с удвоенной плотностью портов. Кроме того, модули SFP поддерживают гораздо более широкий набор протоколов и приложений кабельных инфраструктур. В настоящее время на рынке представлены многомодовые, одномодовые и даже “медные” интерфейсы SFP для сетей Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Fibre Channel, OC-48, SDI/DVB и FireWire.

Рис. 1 1000BASE-SX GBIC
Одна из разновидностей интерфейсов SFP способна передавать гигабитовый поток данных по многомодовому волокну на расстояние до 2 км и более, что значительно превышает предусмотренное стандартом Gigabit Ethernet максимальное значение дальности связи по волокну этого типа, равное 550 м. Многие оптические модули SFP и XFP имеют интерфейс Digital Diagnostics, предназначенный для мониторинга их работы. Это средство, основанное на спецификации SFF-8472, предоставляет разнообразную информацию о модуле, в том числе данные о мощности принимаемого и передаваемого сигналов, напряжении питания, температуре и др.
Медиаконвертер с фиксированными портами поддерживает лишь сетевые соединения определенных типов (соответствующие типам портов), а медиаконвертер на базе модулей SFP — каналы самых разных типов. Предположим, что в некой сети задействованы 10 медиаконвертеров типа “медь—оптоволокно” на базе модулей SFP с многомодовым и двумя разными одномодовыми — на 20 и 80 км — оптическими интерфейсами. Для оперативного восстановления работы этой сети (в случае выхода ее из строя) в качестве запчастей достаточно хранить один такой медиаконвертер, один модуль SFP для медного кабеля и по одному оптическому модулю SFP каждого типа. В случае же применения в сети медиаконвертеров с фиксированными портами придется хранить три разных полнофункциональных медиаконвертера.
XFP-трансиверы
XFP (10GBASE-SR, 10GBASE-LR, 10GBASE-ER, 10GBASE-ZR) - это протоколо-независимый оптический трансивер горячей замены, обычно работающий на длинах волны 850нм, 1310нм или 1550нм или длинами волн из CWDM диапазона на скорости 10 гигабит секунду в стандартах SONET/SDH, Fiber Channel, Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet и другие применения, включая каналы WDM. Данные оптические трансиверы поддерживают функцию цифровой диагностики, которая в реальном времени позволяет отслеживать такие параметры работы устройства, как: рабочая температура, отклонение тока лазера, излучаемая оптическая мощность, принимаемая оптическая мощность, напряжение питания.

Рис. 2 XFP CWDM трансивер
Трансивер поддерживает стандарты GigabitEthernet, 10GigabitEthernet, FiberChannel 10 Гбитсек, SONET/OC-192, SDH/STM-64, OTN/OUT-2. Кроме этого могут применяться в параллельной оптической линии. Такие медиаконвертеры отличаются от SFP увеличенными размерами, большей сложностью, однако более удобны для решения широкого спектра задач. В аксессуары включена цифровая диагностика, более расширенная, чем SFF-8472.
Существуют разновидности модулей 10g, построенные на разных сочетаниях устройств приема и передачи данных. Это позволяет осуществить выбор оптимального сочетания для конкретного соединения, принимая за исходные данные тип используемого волоконно-оптического кабеля: одномодовый или многомодовый.
Известны такие виды модулей прибора:
SR – 850нм, 300м, многомод;
LR – 1310нм, 10км, одномод;
ER – 1550нм, 40км, одномод;
ZR – 1310нм, 80км, одномод;
BX – 1270/1330нм, 10км, одномод.
Мультискоростные транспондеры
Поддержка модулей SFP гарантирует возможность оснащения медиаконвертера интерфейсами разных типов, но для по-настоящему универсального конвертера необходима еще и улучшенная электронная начинка, обеспечивающая пересылку трафика из одного подсоединенного к конвертеру сетевого канала в другой. Традиционно медиаконвертеры создавались для поддержки только какой-либо одной скорости передачи. Так, при необходимости соединить 100-Мбит/с каналы на базе медного и оптического кабелей нужно было покупать медиаконвертер Fast Ethernet. Если же со временем сеть модернизировалась с целью применения технологии Gigabit Ethernet, то приходилось покупать новый (гигабитовый) медиаконвертер и искать другое применение старому устройству.
Использование оптических мультискоростных транспондеров, поддерживающих разные скорости передачи данных, позволяет существенно изменить такое положение дел. Представьте себе медиаконвертер, поддерживающий любой протокол - от T1 до 4-Гбит/с Fibre Channel или даже более высокоскоростной. В качестве такого поистине универсального медиаконвертера используются мультискоростные транспондеры, поддерживающие модули SFP.
Существует два типа оптических транспондеров — 2R и 3R. Транспондеры первого типа восстанавливают форму принимаемого сигнала и ретранслируют его, а второго — помимо двух вышеуказанных функций выполняют еще и ресинхронизацию сигнала.
Для организации канала сравнительно небольшой длины (при которой джиттер еще не проявляется) предпочтительнее использовать транспондеры типа 2R, поскольку их очень просто устанавливать в канал с любой пропускной способностью из диапазона поддерживаемых ими скоростей передачи данных. Нужно лишь вставить в них трансиверы SFP и подключить кабели к последним. Но если канал имеет большую длину, либо в нем предполагается задействовать много транспондеров, либо сетевое приложение характеризуется повышенной чувствительностью к джиттеру (например, в случае передачи видеоинформации), следует использовать транспондеры типа 3R, поскольку требуемая скорость передачи данных в них зафиксирована с помощью средств управления этими устройствами. Некоторые транспондеры типа 3R могут работать и в режиме 2R.
Сфера применения мультискоростного транспондера зависит от типа установленных в него интерфейсов SFP. Данное устройство может быть задействовано в качестве обычного медиаконвертера, соединяющего сетевые сегменты на базе кабелей разных типов, и в качестве преобразователя длин волн, соединяющего сетевые сегменты, которые работают на разных длинах волн. Например, с помощью подходящих модулей SFP можно состыковать многомодовый и одномодовый каналы, работающие на длинах волн 850 и 1550 нм соответственно. С помощью нескольких (двух или более) транспондеров типа 3R с модулями SFP реально создать канал длиной сотни километров, состоящий из кабелей разных типов.
Благодаря компактным размерам модулей SFP инженеры разрабатывают двойные мультискоростные транспондеры, позволяющие сетевым администраторам удваивать плотность портов своего оборудования. Некоторые двойные транспондеры (поддерживающие передачу данных между любыми своими портами) могут быть задействованы в качестве устройств типа кроссконнект. Кроме того, их используют для многоадресной передачи информации на физическом уровне и для организации самовосстанавливающихся отказоустойчивых линий связи.
Улучшенное управление
Чтобы избежать сбоев в работе сети, нужно выявлять потенциальные проблемы (в ее работе) еще до того, как они станут реальными, а для этого следует осуществлять мониторинг функционирования каждого элемента сети. Управляемые медиаконвертеры предоставляют сетевому администратору информацию о своей работе и параметрах линии связи в реальном масштабе времени. Кроме того, они оснащены конфигурационным интерфейсом.
Сегодняшние управляемые медиаконвертеры имеют ряд передовых функций, помогающих сетевому администратору обеспечивать бесперебойную работу сети. Организация резервных каналов - самый лучший и экономически эффективный способ повышения ее надежности. С этой целью часто используют такие реализованные в сетевом оборудовании протоколы канального и сетевого уровней, как Spanning Tree, RIP и OSPF, которые перенаправляют трафик в обход места возникновения отказа. Однако время сходимости этих протоколов довольно велико, что может привести к возникновению заметных для пользователей перерывов в работе сетевых служб и к потере данных.
Для гарантии надежности соединений типа “точка—точка” вместо сходящихся высокоуровневых протоколов лучше использовать функцию резервирования каналов, работающую на физическом уровне. Медиаконвертер с такой функцией имеет два магистральных порта, которые позволяют реализовывать основной и резервный каналы. Если на основном канале сигнал исчезнет, медиаконвертер быстро переключится на резервный канал. Поскольку это действие осуществляется исключительно на физическом уровне, оно не влияет на работу сетевых функций более высоких уровней. Время переключения составляет менее 100 нс, что совершенно незаметно для сети и ее пользователей.
Воспроизведение состояния канала
Для нормальной работы сложных сетей, в которых используются протоколы второго и третьего уровней, учитывающие состояние каналов связи, крайне важно, чтобы коммутаторы и маршрутизаторы получали информацию об изменениях в сетевой топологии. Традиционный медиаконвертер может помешать этому. Если с его помощью “медный” порт маршрутизатора соединить с оптоволоконным магистральным каналом, то при разрыве последнего маршрутизатор “не узнает” об этом. Поскольку его соединение (медным кабелем) с медиаконвертером исправно, он будет “считать” весь тракт действующим. В результате поддерживаемый маршрутизатором протокол, учитывающий состояние каналов связи, не будет задействован для организации передачи трафика по обходному маршруту.
Чтобы вышеописанная ситуация не возникала, следует использовать медиаконвертеры с функцией воспроизведения состояния канала. При выходе из строя оптоволоконного магистрального канала такое устройство заблокирует свой “медный” порт. В результате связь с маршрутизатором будет прервана, и последний задействует протокол, обеспечивающий передачу трафика по обходному маршруту.
В стандарте IEEE 802.3ah Ethernet in the First Mile описан метод передачи пакетов управления сетевыми устройствами по тому же самому каналу, по которому пересылаются пользовательские данные. Наличие поддержки названного стандарта в медиаконвертере позволяет удаленно управлять его портами без выделения ему IP-адреса и использования агентского ПО или протокола SNMP.
Power over Ethernet (PoE) — технология, позволяющая передавать удалённому устройству электрическую энергию вместе с данными, через стандартную HYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B8%D1%82%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0" \o "Витая пара"витую пару в сети HYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/Ethernet" \o "Ethernet"Ethernet. Данная технология предназначается для HYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/IP-%D1%82%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D1%84%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D1%8F" \o "IP-телефония"IP-телефонии, точек доступа беспроводных сетей, HYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/IP-%D0%BA%D0%B0%D0%BC%D0%B5%D1%80%D0%B0" \o "IP-камера"IP-камер, сетевых концентраторов и других устройств, к которым нежелательно или невозможно проводить отдельный электрический кабель.
Применение медиаконвертеров, соответствующих стандарту 802.3ah, сокращает капитальные расходы на развертывание сети. Кроме того, эти устройства имеют дополнительные функции управления, в том числе обеспечивающие удаленное образование петли (loopback) и удаленную загрузку микропрограммного обеспечения, что сокращает текущие затраты (за счет уменьшения числа выездов технического персонала в места установки оборудования), улучшает качество технической поддержки и увеличивает время бесперебойной работы сети. К тому же установка таких медиаконвертеров позволяет сэкономить дефицитные IP-адреса.
Время, когда медиаконвертеры представляли собой только преобразователи среды передачи сигналов, прошло. Теперь для любого сетевого администратора или инсталлятора сетей они стали важными инструментами построения и оптимизации последних. Сегодня на рынке представлены по-настоящему универсальные конвертеры.
DWDM-системы могут занимать разное место в сетях операторов связи, но в любом случае они представляют важный участок сетевой инфраструктуры. Как правило, с помощью DWDM передаются большие объемы трафика на значительные расстояния, и выход из строя такой линии нанесет серьезный удар по сетевому здоровью её хозяина.
Поэтому при проектировании и запуске DWDM-системы необходимо решить задачу мониторинга и, при необходимости, управлении её параметрами.
Как правило, комплексные DWDM-системы (такие, как интегрированная минисистема Modultech MT-EW) могут быть поставлены в комплексе со специализированной системой управления, полностью охватывающей все её элементы.
В случае использования решения на отдельных компонентах задачу мониторинга нужно решать самостоятельно при внедрении.
Рассмотрим типовую схему простой DWDM-сети.

Рис. 3 Схема простейшей DWDM-сети
Как правило, в сетях DWDM используются оптические трансиверы и транспондеры с функцией цифрового диагностического мониторинга (DDM). Кроме этого, порт подключения трансивера и транспондер обрабатывает полезный передаваемый сигнал - следовательно, в этой точке мы имеем возможность измерять показатели качества линии связи непосредственно. Ниже в таблице 1 приведены параметры, доступные для мониторинга со стороны трансивера или транспондера.
Таблица 1
Параметры, доступные для мониторинга со стороны трансивера или транспондера

Для управления трансивером или транспондером, как правило, доступна только одна команда - на включение или выключение сигнала.
Мукспондер
Мукспондер (мультиплексор-транспондер) - это система, выполняющая временное мультиплексирование низкоскоростного сигнала в высокоскоростную (имеется в виду скорость передачи данных) несущую. Характерным примером является прием 4 OC-48 и вывод одной OC-192 на длине волны 1550 нм. Другие недавние проекты в этой области впитали все больше и больше функциональности TDM (Time Division Multiplexing – временное мультиплексирование), в некоторых случаях это позволяет отказаться от традиционного SONET / SDH транспортного оборудования.
Термин "мукспондер" произошел от двух коммуникационных технологий, транспондер и мультиплексирование с разделением по времени (TDM). Мукспондер объединяет эти две функции в одном устройстве, в результате пропускная способность используется очень эффективно путем объединения нескольких услуг в рамках одной длины волны. Подобно транспондерам, мукспондеры обеспечивают необходимые преобразования или перевод между длинами волн сети и длинами волн клиентского оборудования, которое обычно оснащено недорогими локальными интерфейсами (медь или волокно). В дополнение к преобразованию длины волны мукспондеры предлагают набор функций, которые помогают в управлении, обеспечении и поддержании системы WDM. Мукспондеры могут объединять от 2 до 8 услуг на одном волокне или на одной длине волны.

Рис. 4 График изменения энергопотребления типовыми передатчиками
План выполнения практического занятия:
2.2.1 Изучить разновидности трансиверов.
2.2.2 Изучить области применения конверторов.
2.2.3 Изучить особенности мукспондеров.
2.3 Форма отчета по практическому занятию: выполнение заданий в рабочей тетради с графическим отображением схем, защита отчета по практической работе.
3.1 Перечень контрольных вопросов:
1. На каком уровне модели OSI работают медиаконвертеры.
2. Для чего предназначен оптический трансподер?
3. Какие стандарты используют XFP-трансиверы для своей работы?
4. Какие параметры, возможно отследить в режиме диагностики XFP – трансивера?
5. Назовите разновидности модулей 10g трансиверов?
6. Назовите отличительные особенности оптических транспондеров — 2R и 3R.
7. Для чего предназначена технология Power over Ethernet (PoE)?
8. Что такое мукспондер?
3.2 Задание для самостоятельной работы – подготовить ответы на контрольные вопросы.
3.3 Список литературы для самостоятельной работы:
Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника: учеб. пособие для вузов. 3-е изд. - Издательство: БХВ-Петербург, 2010 – 810 с.

Приложенные файлы

  • docx file3
    Размер файла: 856 kB Загрузок: 5