hledat:

3   Optické sítě

Aktivita Optické sítě je zaměřena na výzkum a ověřování nových principů a technologických trendů budování pokročilých optických sítí a vyhodnocování a ověřování možností užití pokročilých optických zařízení (například ROADM, VMUX, plně optické přepínače) pro výzkumné i produkční sítě, podporu projektování WDM přenosových systémů a snazší dostupnost E2E služeb. Zabývá se také rozvojem vláknové infrastruktury a pronájmu nasvícených vláken pro rozvoj CESNET2, CBF a experimentálního prostředí včetně výzkumu a vývoje GLIF.

V roce 2009 jsme uspořádali pátý CEF Networks workshop. Přednášky a doporučení jsou k dispozici na http://www.ces.net/events/2009/cef/. Účast evropských přednášejících byla velmi dobrá a workshop hodnotili jako velmi zajímavý. Přednáška z Japonska proběhla dálkově. Další mimoevropští účastníci se letos omluvili, převážně z finančních důvodů.

Duševní vlastnictví vzniklé aplikovaným výzkumem pokročilých optických technologií umožňuje budovat otevřené plně optické sítě. Základní konkurenční výhodou těchto optických sítí je otevřenost (obvyklá u volně dostupného softwaru) usnadňující efektivní poskytování nových služeb uživatelům sítě a nízká cena dosažená užitím plně optických (all-optical) multigigabitových přenosových systémů a přepínačů a nových fotonických prvků. Aktivita má vyzkoušeny a úspěšně uplatňuje postupy přenášení výsledků z laboratoře do rozlehlého síťového experimentálního prostředí (CESNET Experimental Facility), pak do produkční sítě CESNET2 a následně ke komerčním partnerům.

V roce 2009 aktivita získala patent Zařízení pro skupinové vysíláni optických signálů v Internetu a jiných sítích, č. 300811, vydal Úřad průmyslového vlastnictví v Praze, datum registrace 4. 12. 2007. Mezinárodní patentová přihláška má právo přednosti od téhož data.

3.1   Výzkum principů a technologických trendů budování optických sítí a jejich ověřování

Ve spolupráci s aktivitou Rozvoj sítě národního výzkumu a vzdělávání jsme testovali 40 Gb/s karty do směrovače Cisco CRS-1 na trase CESNET Experimental Facility (EF) Praha–Brno. Karty byly k dispozici ve dvou verzích, jedna používala modulaci ODB, druhá DPSK. Trasa EF Praha–Brno je osazena zařízením rodiny CL, výsledky testování byly pozitivní – na této i dalších trasách EF je možný přenos 40 Gb/s signálů s využitím pokročilých modulačních formátů, stejně jako na trasách sítě CESNET2 osazených technologií Cisco. Pokračovali jsme v testování dalších zařízení pro 40 Gb/s přenosy – laditelného vícekanálového kompenzátoru firmy OSAKI, založeného na principu SOA-MZI (Semiconductor Optical Amplifier Mach-Zehnder Interferometer). Byly provedeny testy pro rychlosti 10 Gb/s a 40 Gb/s. Získané zkušenosti budou využity i pro testy dalších vysokorychlostních zařízení, jakmile budou dostupná. Po delším vyjednávání (osobně na konferencích OFC a ECOC) se nakonec podařilo objednat i zařízení pro kompenzaci PMD, které má být dodáno koncem roku (problém byl v dostupnosti i v ceně). Po dodání zahájíme testování v laboratoři a následně na vhodné reálné trase. Kompenzátory PMD nejsou zatím na trhu dostupné v takové míře, jak bylo očekáváno. Je to pravděpodobně způsobeno i tím, že většina přenosových systémů do 10 Gb/s kompenzaci PMD nepotřebuje, ale situace se může změnit po nasazení technologie 40 Gb/s.

V roce 2009 jsme pokračovali v rozvíjení NDL optického schématu od verze 2.0 až k verzi 2.3. Původní schéma bylo rozšířeno o nové atributy související nejen s přenosem laserového paprsku, ale také se spotřebou elektrické energie zařízení. NDL optické schéma nyní umožňuje popsat zařízení z pohledu přenosu laserového paprsku vyjádřeného jako přenos frekvenčního pásma ze vstupních portů zařízení na porty výstupní. Vnitřní přenosy (průchod paprsku uvnitř zařízení) lze rozdělit do dílčích subpásem a pro každé zvlášť definovat přenosové parametry.

Vlastnosti, které lze pomocí schématu definovat, jsou následující. Pro vstupní optické porty lze specifikovat, kam dále přenášejí vstupující laserový paprsek, minimální a maximální vstupní výkon a typ a zakončení konektoru. U přenášeného frekvenčního pásma je specifikována počáteční a koncová frekvence, zda je pásmo obsazeno, jaký je přidaný vložný útlum v pásmu, chromatická a polarizační vidová disperze, resp. jejich koeficienty, zda je výkon v pásmu zesílen nebo změněn na jinou hodnotu, na jaký výstupní port je pásmo přenášeno a několik dalších parametrů. Pro celkové zařízení lze nyní schématem popsat také jeho maximální a nominální spotřebu elektrické energie pomocí vlastností nominalCompsumption a maximalCompsumption. Pomocí optického schématu jsme popsali některá z CzechLight zařízení: optický zesilovač CLA PB02F, přepínač CLS 16×16, multikastující přepínač CLM 4×4 a variabilní 40kanálový multiplexor CL VMUX. Aktualizovali jsme také popisy běžného jednovidového optického vlákna a kompenzačního vlákna, přijímače a vysílače, útlumového článku a splitteru. Schémata v různých verzích a popisy optických elementů jsou vystaveny na CzechLight serveru na adrese http://clserver.cesnet.cz/rdf/ndl/. Popisy vysílače, přijímače, optického vlákna a optického přepínače vytvořené dříve jsme uplatnili v projektu Phosphorus. Závěrečná oponentura projektu Phosphorus tento výsledek akceptovala bez připomínek.

V roce 2009 jsme vytvořili kompaktní funkční vzorek vlnového konvertoru založeného na křížové fázové modulaci v nelineárním prostředí polovodičového zesilovače. Jedná se o velmi rychlé polovodičové zesilovače, výrobce udává možnost rychlosti až 100 Gb/s. Fázová modulace signálu na nové vlnové délce je následně převedena na amplitudovou modulaci v Mach-Zehnderově interferometru. Blokové schéma konverze 10 Gb/s NRZ data signálu na vlnovou délku CW signálu je na obrázku 3.2.

Dále bylo také sestaveno a otestováno zařízení generující 4 CW signály nezávisle přeladitelné po ITU-T gridu po USB rozhraní. Výstupní signály mají všechny stejný stav polarizace. Tento vícenásobný zdroj je použitelný jak pro SOA MZI konvertor, tak pro celou řadu aplikací a experimentů kde je potřeba několik CW zdrojů.

Za konvertor jsme zařadili 125 km dlouhé optické vlákno s posunutou nulovou disperzí. Kvalitu přenosu jsme kontrolovali testerem bitové chybovosti a znázornili ji v diagramu oka, který znázorňuje míru degradace signálu po průchodu přenosovou trasou. Hladiny logických úrovní jsou zašumělé, ale pro přijímač stále není problém je rozlišit s pravděpodobností lepší než jedna ku miliardě. Diagram oka vysílače je na obrázku 3.3 a diagram oka po konverzi a přenosu přes 125 km optického vlákna je na obrázku 3.4. Výsledky experimentů na rychlostech 10 Gb a 40 Gb byly prezentovány na globální prestižní konferenci OFC/NFOEC 2009.

Byly zhotoveny dva elektronické systémy pro generaci čtyř paralelních a v čase se nepřekrývajících sledů proudových impulsů s nastavitelným opakovacím kmitočtem a proměnnou šířkou. Systém rovněž obsahuje kontrolní obvody regulace teploty osmi výkonových laserových diod (LD). Zhotovili jsme rovněž dva optické zdroje obsahující dvě čtveřice LD na vlnových délkách 1430, 1445, 1460 a 1475 nm. Elektronický systém společně s optickým zdrojem tvoří časově multiplexovaný zdroj čerpání ramanovských vláknových zesilovačů.

Činnost obou čerpacích zdrojů jsme ověřili na experimentální trase délky 238 km složené ze dvou úseků (100 km a 138 km) vlákna s nenulovou posunutou chromatickou disperzí (NZ DSF). Experimentální trasa čerpaná dvěma TDM RFA a její blokové schéma je znázorněno na obrázku 3.5. První i druhý úsek trasy byly čerpány časově multiplexovanými optickými vlnami, takže tvořily dva ramanovské vláknové zesilovače s rozprostřenými parametry. Přes tuto trasu jsme přenášeli 20 signálů, 5 z nich bylo modulováno s přenosovou rychlostí 10 Gb/s ve formátu 10 Gb/s Ethernet (10GE).

Spektrum optického signálu na konci trasy při čerpání obou úseků a čerpání jen prvního úseku je znázorněno na obrázku 3.6. Na konci trasy byly kanály odděleny demultiplexorem. Chybovost přenosu aktivních kanálů (BER – Bit Error Ratio) byla měřena v závislosti na úrovni signálu na vstupu optického přijímače. Výsledky testování jsme shrnuli do článku, který jsme koncem června zaslali do časopisu IEE Proceedings Optoelectronics a v říjnu byl přijat k publikaci.

3.2   Výzkum, vývoj a ověřování stavebnice fotonických zařízení (CL family) podporující technický a ekonomický předstih při stavbě sítí

V roce 2009 byla rodina otevřených fotonických zařízení CL rozšířena o celkem tři multikastující fotonické přepínače. Byl sestaven širokopásmový přepínač CLM 8×8 založený na technologii MEMS nabízející dvojnásobné množství vstupů a výstupů oproti původnímu funkčnímu vzorku. Zařízení je schopné pracovat v pásmu 1280–1615 nm.

Vznikl také první funkční vzorek CLM 4×8 realizovaný nemikromechanickou technologií – planárně. Pracuje sice jen v pásmu C, ovšem jeho životnost není omezena počtem přepnutí.

Na základě zkušeností vzniklých při demonstracích multikastujících přepínačů jsme vyvinuli přepínač nabízející větší množství výstupů – 16 a zejména také vytvářející zpětné kanály pro snazší sestavení spojení. Přepínač byl nazván CLM 2×16 + 16×2.

Také jsme sestavili funkční vzorek „bezbarvého“ VMUXu/VDEMUXu. Zařízení nabízí velmi flexibilní zařazování kanálů DWDM do multiplexu. Kanály mohou být přivedeny na kterýkoliv vstup, což umožňuje využít všech výhod laditelných transceiverů. Navíc na jeden vstup může být přivedeno více kanálů již multiplexovaných, to umožňuje nasazení cyklických AWG které významně redukují počet používaných náhradních dílů.

3.3   Výzkum uplatnění plně optických funkcí v experimentálním prostředí a sítích, rozvoj vláknové infrastruktury a služeb

V roce 2009 pokračuje úspěšné nasazování otevřeného přenosového n×10G DWDM systému založeného na optických zesilovačích CL family. Dokončeno je nasvícení dlouhé jednovláknové trasy Most–Děčín–Ústí nad Labem n×1G DWDM, předány do provozu byly jednovláknové trasy n×10G DWDM Ostrava–Opava a n×10G DWDM Ostrava–Karviná. Dvouvláknové trasy Brno–Zlín, Pardubice–Hradec Králové a Olomouc–Zlín jsou povýšeny na n×10G DWDM. V rámci Experimental facility byla povýšena trasa Praha–Jihlava na n×10G DWDM. S předáním do konce roku 2009 počítáme u nasvícení jednovláknové trasy Brno–Kyjov s přenosem 1GE kanálu a nasvícení páru vláken n×10G DWDM Ostrava–Bielsko Biala.

V roce 2009 byl otevřený DWDM systém nasazen zatím na sedmi trasách, tj. na 655 km CESNET2. Do konce roku bude instalován celkem na devíti trasách, 817 km CESNET2. Nasvícení instalovaly firmy ČDT, SPPT a GTS na základě projektu vypracovaného aktivitou Optické sítě ve spolupráci s aktivitou Rozvoj sítě národního výzkumu a vzdělávání (projekty byly součástí zadání zakázky) a s dodávkou CLA zařízení licenčními partnery CESNETu (Optokon a RLC).

V rámci podpory spolupráce s významnými výzkumnými pracovišti jsme ve spolupráci s PASNETem zrealizovali 10 Gb/s trasu pro Astronomický ústav (AsÚ) v Ondřejově. V souvislosti s členstvím ČR v Evropské jižní observatoři (ESO) a Evropské kosmické agentuře (ESA) plánuje AsÚ v rámci ondřejovského kampusu vytvoření národního ESO/ESA centra. Postupně s budováním ESO/ESA centra bude potřebné spoj pro AsÚ povýšit na n×10G.

Pro zvýšení spolehlivosti a dostupnosti páteřních uzlů CESNET2 byla postavena druhá přístupová trasa (zakruhování) do uzlu Plzeň, ve kterém s využitím CLS mohou být přepínány směry Cheb nebo České Budějovice podle potřeby. Dále jsme vybudovali druhou první míli do uzlu v Liberci. Přepojení a začlenění do sítě CESNET2 proběhne počátkem roku 2010. Zakruhování plánujeme také pro uzly Karviná, Ústí nad Labem, Ostrava a České Budějovice.

V souvislosti s využíváním nově vybudovaného PoP CESNET2 v Kongresovém centru (KCP) jsme zřídili novou městskou vláknovou trasu Sitel–KCP, po které byla do KCP přeložena záloha IP konektivity.

V rámci budování PoP CESNET2 Brno II na VUT byla zatím úspěšně přeložena trasa Brno–Zlín, respektive brněnský konec z MU na VUT včetně transmisního systému. Koncem roku bude přeložena další trasa, Brno–Jihlava. Zatím se nepodařilo přeložit trasu Brno–Ostrava z MU na VUT. Řešením může být použití volného páru vláken ČDT mezi oběma brněnskými PoPy. Překládání tras do uzlu Brno II je obtížné díky nedostatku vhodných vláken mezi oběma uzly a díky odlišným akceptovatelným podmínkám jednoho z majitelů vhodných vláken.

Na základě požadavků členů sdružení jsme poptali a objednali připojení pracovišť UTB v Prostějově a AV ČR v Budkově a současně se podílíme i na připojování zákazníků/nečlenů.

V rámci přípravy projektu VaVpI jsme provedli průzkum možnosti připojení pracoviště Knihovny AV ČR v Jenštejně dvěma nezávislými trasami.

Úspěšně pokračuje i další uplatnění výsledků výzkumu v praxi. Vyvinutou a ověřenou službu pronájmu nasvícených vláken využívající CLA dokáží poskytovat ČDT, SPPT, GTS, Invitel a ČRA. Sdružení obdrželo v roce 2009 více než 1 mil. Kč za poskytnutí licencí na 24 prodaných CL zařízení.

předchozí

obsah

následující