hledat:

Laserový spoj MRV TereScope 700/G

Technická zpráva CESNETu číslo 6/2007
k dispozici též ve formátech PDF, PostScript a XML.

Dostupná je též v anglické verzi.

Miloš Wimmer
13.9.2007

1   Abstrakt

Tato technická zpráva popisuje zkušenosti s instalací a reálným provozem gigabitového laserového spoje MRV TereScope 700/G na trase dlouhé 400m.

Klíčová slova:datový přenos vzduchem, laserové datové pojítko, Terescope 700/G, testy, provozní zkušenosti

2   Úvod

Jedním ze záměrů projektu Cesnetu "Optické sítě a jejich rozvoj" je i zkoumání použitelnosti nových technologií pro řešení první míle v rámci gigabitové sítě CESNET2 v podmínkách, kdy k připojovanému účastníkovi nelze dovést optické vlákno. U některých produktů, které bychom mohli pro tento účel použít, se snažíme ověřit jejich reálné vlastnosti v testovacím provozu.

V průběhu února a března 2007 jsme testovali laserový FSO (Free Space Optics) systém MRV TereScope 700/G, který nabízí přenosovou rychlost 1 Gb/s full duplex.

3   Popis trasy

Zapůjčený model je určen pro trasy do délky 400-420m. Při hledání vhodných podmínek pro postavení trasy jsme zvolili lokalitu Lochotín. Laserový spoj jsme použili pro spojení budovy kolejí Západočeské univerzity v Plzni v Bolevecké ulici s budovou Lékařské fakuly Univerzity Karlovy v Plzni v Lidické ulici. Vzdálenost mezi oběma budovami je 400m vzdušnou čarou (měřeno aplikací GIS). Tuto trasu jsme postavili jako ryze experimentální.

4   Popis laserového spoje

Využili jsme možnosti zapůjčit si laserový systém TereScope a podrobili jsme ho testům. Toto zařízení je založené na technologii Free Space Optics (FSO) a vyrábí jej společnost MRV Communications, Inc. z Izraele. Systém se chová jako tzv. media konvertor. Výrobce dodává řadu modelů, které se liší přenosovou rychlostí a dosahem. Pojítko má atesty pro použití v České republice a jeho provozovatel nemusí žádat o udělení žádných licencí ani povolení k provozu. Laserový spoj nám k testům zapůjčil distributor pro Českou republiku společnost PROFIcomms ve spolupráci s certifikovaným partnerem a prodejcem těchto zařízení - společností DISK obchod a technika.

Oblasti našeho zájmu nejvíce odpovídal model MRV TereScope 700/G, který je určen pro přenosovou trasu do délky 400-425 m. Jeho laser má výkon 16 mW, pracuje na vlnové délce 830-860 nm a podle specifikace má dosahovat rychlosti 1.062 Gb/s full duplex. Zařízení se připojuje přes duplexní optické rozhraní, ve standardním provedení 850 nm SC multimode. Cena tohoto zařízení (oba kusy pro postavení trasy) se v době testů pohybovala kolem 200 000 Kč bez DPH.

Zařízení je určeno pro venkovní prostředí, je kompaktní, skládá se z robustní kovové schránky laserové hlavice a z nastavovacího mechanismu. Ve schránce je umístěn laserový vysílač a přijímač, elektronika a optický zaměřovač s nitkovým křížem. Do laserové hlavice se přivádí napájecí napětí 230 V a síťový optický kabel. Zařízení je vybaveno SNMP modulem, který umožňuje vzdáleně monitorovat jeho stav.

5   Instalace

Vzhledem k nutnosti velmi přesného zaměření laserového paprsku doporučuje výrobce co nejpevnější instalaci laserového systému - nejlépe do pláště budov. Protože jsme trasu stavěli jen pro účely testu, zvolili jsme provizorní způsob uchycení do robustních kovových podstavců zatížených betonovými panely.

Instalaci prováděli technici společnosti DISK. Laserové hlavy se zaměřují pomocí optického zaměřovače integrovaného do kovové schránky a následné přesné doladění se provádí podle intenzity optického výkonu zobrazované na číselném displeji laserové hlavice. V naší instalaci se intenzita signálu pohybovala kolem hodnoty 230.

Technické provedení zařízení je na vysoké profesionální úrovni. Vlastní zaměření laserových hlavic zvládnou dva lidé za dobu několika hodin s pomocí běžných montážních nástrojů.

V průběhu testů jsme v zaměření laserových hlavic nezaznamenali odchylku oproti počátečnímu nastavení.

6   Provedené testy a naměřené hodnoty

Pro uskutečnění zamýšlených testů a dosažení co nejpřesnějších výsledků jsme prováděli měření mezi dvěma servery PC s operačním systémem Linux s jádrem 2.6.19. Oba stroje byly vyčleněny výhradně pro potřeby testu a jejich systémové zdroje nebyly zatíženy žádnými jinými úlohami.

Počítač kolej umístěný v budově kolejí byl server Dell PowerEdge 2850 (v konfiguraci 2x CPU Intel Xeon 3.6 GHz, 8 GB RAM, 2x integrovaná metalická gigabitová síťová karta Intel PRO/1000). Jednou kartou byl připojen do Internetu, druhou kartou s IP adresou [10.1.1.20] byl připojen přes media konvertor Transition Networks J/GE-CF-01 k laserovému systému. Media konvertor jsme museli použít pro převod mezi síťovou kartou počítače s metalickým rozhraním a optickým síťovým rozhraním laserového systému.

Počítač lfp umístěný v bodově Lékařské fakulty byl server Dell PowerEdge 1850 (v konfiguraci 1x CPU Intel Xeon 3.2 GHz, 2 GB RAM, 2x integrovaná metalická gigabitová síťová karta Intel PRO/1000). Jednou kartou byl připojen do Internetu, druhou kartou s IP adresou [10.1.1.100] byl připojen přes media konvertor Transition Networks J/GE-CF-01 k druhému laserovému systému.

Pro zajišťení co nejobjektivnějších podmínek měření jsme nejprve v laboratoři propojili oba počítače mezi sebou optickým kabelem "napřímo", tedy namísto laserového spoje byl použit optický kabel. Poté jsme měření opakovali už ve venkovních podmínkách s použitím laserového spoje.

Abychom dokázali spojení saturovat, použili jsme client-server program iperf, který generuje mezi dvěma počítači intenzivní UDP přenos, jímž dokáže zaplnit určenou šířku pásma. Data nejsou zapisována na disk. Tento test je velmi agresivní a je relativně náročný na výkonnost obou počítačů (zejména na průchodnost sběrnic a síťových karet). Údaje o množství přenesených dat, přenosové rychlosti, jitteru a ztracených paketech jsme měřili každou sekundu a získali jsme je z logu programu iperf.

Abychom se vyhnuli přepočítávání na násobky 1024 u megabitů, budeme naměřené hodnoty udávat v bitech a miliónech bitů za sekundu.

6.1   Servery propojené optickým kabelem

Při úvodním měření v laboratoři byly oba servery propojeny přes media konvertory optickým kabelem.

6.1.1   Jednosměrný datový tok

Na počítači kolej běžel iperf server spuštěný s parametry:

10.1.1.20# iperf -s -u -i 1 -f b > iperf.log

a počítač lfp na něj posílal UDP stream o šířce pásma 1000 miliónů bitů/sec po dobu 10 hodin příkazem

10.1.1.100# iperf -c 10.1.1.20 -u -f b -b 1000000000 -t 36000

Výsledky testu jsou uvedeny v Tabulce.

Charakteristika je naprosto vyrovnaná, během doby 10 hodin bylo přeneseno 4306 GB dat při průměrné přenosové rychlosti 957 miliónu bitů/sec s téměř nulovou ztrátovostí.

6.1.2   Obousměrný datový tok

Na obou strojích běžel iperf v režimu server spuštěný s parametry:

10.1.1.20# iperf -s -u -i 1 -f b > iperf.log
10.1.1.100# iperf -s -u -i 1 -f b > iperf.log

a současně každý protilehlý počítač na něj posílal UDP stream o zadané šířce pásma 1000 miliónů bitů/sec po dobu 10 hodin programem iperf spuštěném v režimu client příkazem

10.1.1.100# iperf -c 10.1.1.20 -u -f b -b 1000000000 -t 36000
10.1.1.20# iperf -c 10.1.1.100 -u -f b -b 1000000000 -t 36000

Výsledky byly na obou počítačích obdobné a ukazuje je Tabulka.

Charakteristika přenosu je vyrovnaná. Oproti jednosměrnému přenosu se snížila přenosová rychlost (z 957 na 893 miliónů bitů/sec) a zvýšila se ztrátovost (z 0 % na 1.14 %). Tuto skutečnost si vysvětlujeme omezením průchodnosti počítačů při tak vysokých přenosových rychlostech. Abychom vyloučili vliv media konvertorů, propojili jsme oba servery kříženým UTP kabelem a naměřili jsme stejné hodnoty.

6.2   Servery propojené laserovým spojem

Po ukončení měření v laboratoři jsme oba servery převezli do vzdálených lokalit a propojili jsme je přes media konvertory laserovým spojem.

6.2.1   Jednosměrný datový tok

Na počítači kolej běžel iperf server spuštěný s parametry:

10.1.1.20# iperf -s -u -i 1 -f b > iperf.log

a počítač lfp na něj posílal UDP stream o šířce pásma 1000 miliónů bitů/sec po dobu 10 hodin příkazem:

10.1.1.100# iperf -c 10.1.1.20 -u -f b -b 1000000000 -t 36000

Výsledky testu jsou uvedeny v Tabulce.

Charakteristika je opět vyrovnaná, v porovnání s propojením optickým kabelem nedošlo ke znatelné změně hodnot.

6.2.2   Obousměrný datový tok

Na obou strojích běžel iperf v režimu server spuštěný s parametry:

10.1.1.20# iperf -s -u -i 1 -f b > iperf.log
10.1.1.100# iperf -s -u -i 1 -f b > iperf.log

a současně každý protilehlý počítač na něj posílal UDP stream o zadané šířce pásma 1000 miliónů bitů/sec po dobu 10 hodin programem iperf spuštěném v režimu client příkazem:

10.1.1.100# iperf -c 10.1.1.20 -u -f b -b 1000000000 -t 36000
10.1.1.20# iperf -c 10.1.1.100 -u -f b -b 1000000000 -t 36000

Výsledky byly na obou počítačích obdobné, viz Tabulku.

Také v tomto případě je charakteristika přenosu vyrovnaná. Oproti propojení optickým kabelem se nepatrně snížila přenosová rychlost (z 893 na 883 miliónů bitů/sec) a zvýšila se ztrátovost (z 1.14 % na 1.97 %).

Z naměřených hodnot je zřejmé, že v našem zapojení se chová laserový spoj stejně, jako optické vlákno. Snížené hodnoty přenosové rychlosti oproti technické specifikaci jsou dány tím, že připojené počítače již nejsou schopny komunikovat natolik vysokou rychlostí, aby dokázaly v obou směrech plně saturovat gigabitový kanál (ať optický nebo laserový), kterým jsou propojeny. Výsledky měření jsou tedy ovlivněny průchodností připojených serverů, která je nižší, než průchodnost laserového spoje.

6.3   Měření testerem FLUKE - EtherScope

Abychom zjistili plnou průchodnost laserového spoje, připojili jsme místo koncových serverů dva gigabitové testery FLUKE Networks - EtherScope.

Naměřené hodnoty přenosové rychlosti v obousměrném přenosu se pohybují kolem 999998000 bitů/sec a odpovídají údajům v technické specifikaci TereScope. Ztrátovost byla menší než 0.1 %.

EtherScope poskytuje výsledky v podobě Tabulky.

6.4   Poznámky k měření

Měření laserového spoje jsme prováděli v průběhu celého měsíce. Naměřené hodnoty se přitom významně nelišily od výše uvedených deseti hodinových testů.

Za celou dobu jsme zaznamenali výpadek pouze při silné mlze. To je však známé omezení laserových spojů, které se obvykle eliminuje záložní trasou s jiným typem spoje, např. WiFi.

7   Závěr

Testovaný systém MRV TereScope 700/G je zařízení založené na technologii Free Space Optics (FSO). Je vybaveno laserem o výkonu 16 mW a je určeno do vnějšího prostředí pro spojení dvou lokalit do vzdálenosti 400-420 m rychlostí 1 Gb/s full duplex. Pojítko má atesty pro použití v České republice a jeho provozovatel nemusí žádat o udělení žádných licencí ani povolení k provozu.

TereScope700/G beze zbytku splnil naše očekávání.

Jeho instalaci považujeme za relativně jednoduchou a v dokumentaci dobře popsanou. Během měsíčního provádění testů nedošlo k rozladění zaměření laserových hlavic.

Výsledky testů hodnotíme jako vynikající. Zařízení přeneslo datový tok, jaký jsme na něj byli schopni přivést - tedy 883 miliónů bitů/sec při obousměrné komunikaci serverů a 1000 miliónů bitů/sec při komunikaci gigabitových testerů. Ztrátovost paketů byla prakticky nulová.

Za dobu měsíčního testu jsme zaznamenali jeden výpadek při silné mlze.

Celkově považujeme systém MRV TereScope 700/G za profesionálně provedené zařízení, které lze nasadit do rutinního provozu vyžadujícího vysokou rychlost a spolehlivost na trasách do 400m. Pro zajištění nepřetržitého spojení i za husté mlhy bude zřejmě třeba trasu zálohovat ještě jiným typem pojítka, např. WiFi. Poměr cena/výkon hodnotíme jako velice dobrý.

Na závěr bychom chtěli vyjádřit poděkování společnosti PROFIcomms za zapůjčení laserového spoje, společnosti DISK za jeho instalaci a Západočeské univerzitě v Plzni a Lékařské fakultě Univerzity Karlovy v Plzni za zpřístupnění jejich budov pro potřeby testu.