Привет! Я Лев, специалист продуктовой поддержки в Selectel. Ранее мы разобрались, какими бывают технологии при строительстве межцодовых трасс, а также прокачали навыки в резервировании. Теперь перейдем к практике и разберемся, как составлять проект межцодовой трассы. Изучим, как выбрать технологии, рассчитать пропускную способность и обеспечить надежность инфраструктуры.

Исходные данные дата-центров

Важно! В примерах используем вымышленные площадки и маршруты. Их расположение на карте и расстояния взяты для наглядности и не связаны с реальными ЦОД или действующими магистральными сетями.

Для примера возьмем две площадки:

• ЦОД «Север» — Санкт-Петербург (Муринская ул.),

• ЦОД «Юг» — Великий Новгород.

Расстояние между точками — около 180 км по прямой. С учетом рельефа и городской застройки фактическая длина оптической линии может составить 200–220 км. Этого достаточно, чтобы проверить возможности современных систем передачи данных без регенерации сигнала.

Способы прокладки ВОК

Для надежности и отказоустойчивости проектируем магистраль с двумя независимыми маршрутами. Используем разные способы прокладки на разных участках.

Почему так? 

• Канализация — защищена, удобно для обслуживания.

• Опоры освещения — быстрый и дешевый резерв.

• ЭЖД — оптимальный маршрут и защищенный маршрут с готовой инфраструктурой.

• ВЛЭП — независимая трасса для резервирования.

Облачная инфраструктура для ваших проектов

Виртуальные машины в Москве, Санкт-Петербурге и Новосибирске с оплатой по потреблению.

Подробнее →

Техническое задание

Необходимо разработать проект межцодовой оптической магистрали, обеспечивающей пропускную способность 8 Тбит/с с использованием когерентного приема. Это позволит передавать данные на большие расстояния без ухудшения качества сигнала.

Основное требование — отсутствие регенерационных пунктов на всей протяженности трассы. Это снижает CAPEX и OPEX, но требует применения современных технологий передачи, которые способны обеспечивать стабильную связь на расстоянии более 200 км. Для этого используются:

• когерентные модуляторы с модуляцией QPSK или 16QAM,

• оптические усилители EDFA и Raman для компенсации потерь,

• системы управления OSNR для контроля качества сигнала.

Проектируемая трасса должна быть масштабируемой: в случае роста трафика нужно увеличить пропускную способность без перестройки инфраструктуры. Это реализуется за счет DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), поддержки каналов 100G–400G на длине волны, а также гибкой настройки частотного плана для добавления новых лямбд. Кроме того, магистраль должна поддерживать передачу любых типов информации: данных ЦОД, голосового трафика, видеопотоков для трансляций и видеоконференций, а также системных сигналов и служебных каналов управления.

Для обеспечения высокой надежности и отказоустойчивости необходимо реализовать резервирование маршрутов. В случае аварии на основном пути (обрыв кабеля, повреждение подвеса) трафик должен автоматически переключаться на альтернативный маршрут с минимальной задержкой, чтобы SLA оставался на должном уровне.

Итоговые требования к проекту:

• высокая надежность,

• масштабируемость с запасом по пропускной способности,

• универсальность для разных типов трафика,

• соответствие требованиям Tier III+ по отказоустойчивости.

Расчет параметров линии

Исходные данные:

• количество каналов — 40 (DWDM),

• объем трафика — 8 Тбит,

• длина трассы — 180 км,

• затухание в волокне 0.22 дБ/км — это типичное значение для одномодового волокна стандарта ITU-T G.652.D на длине волны 1 550 нм, 

• потери мультиплексора (потери вносимые мультиплексором) — 7 дБ,

• диапазон коэффициента усиления усилителей — 20–35 дБ. Это значение которое может дать выбранный усилитель. 

Расчет OSNR, дисперсии и бюджета — пояснения и формулы

Расчет параметров:

Разберем переменные:

• A — значение потерь, дБ;

• ai — километрическое затухание i-й строительной длины кабеля, дБ /км;

• li — і-я строительная длина, км;

• nнс — количество неразъемных соединений (сварки);

• nнс — количество разъемных соединения (пары коннекторов);

• Aэкспл — эксплуатационный запас, дБ;

• M — потери мультиплексора.

Расчет OSNR:

OSNR равен 24.9 дБ

OSNR (Optical Signal-to-Noise Ratio) — это отношение мощности оптического сигнала к мощности шума. Ключевой параметр, определяющий качество передачи: чем он выше, тем меньше ошибок и стабильнее связь. Для когерентных систем с модуляцией QPSK минимальный OSNR обычно составляет 15–20 дБ. Наш расчет дал 24,9 дБ, что означает значительный запас.

Расчет Хроматической дисперсии:

где S₀ – наклон дисперсии,

λ₀ – нулевая дисперсионная длина волны,

λ – рабочая длина волны.

Расчет дисперсии для крайних точек диапазона:

λ = 1535.04 нм

λ = 1567 нм

Средняя дисперсия в диапазоне:

Общая хроматическая дисперсия на длине трассы:

Использование когерентного приемника решает проблему хроматической дисперсии благодаря возможности цифровой обработки сигнала после когерентного детектирования. Когерентный приемник получает не просто интенсивность светового сигнала, а полную комплексную информацию — амплитуду и фазу, что позволяет применять алгоритмическую компенсацию искажений, включая хроматическую дисперсию.

Оптический бюджет 51,05 дБ, OSNR 24,9 дБ и хроматическая дисперсия 3 213 пс/нм — это хорошие показатели, которые обеспечивают стабильную и надежную работу межцодовой линии между Санкт-Петербургом и Великим Новгородом. Применение когерентного приемника и модуляции QPSK эффективно компенсирует высокую дисперсию, что выгодно отличает данную систему от более простых решений с прямым детектированием, позволяя добиться больших расстояний передачи и высокой спектральной эффективности.

Когерентные технологии с модуляцией QPSK дают выигрыш перед классическими системами прямого обнаружения по следующим параметрам.

• Возможность компенсации хроматической дисперсии и нелинейных искажений на приемной стороне, что обеспечивает дальние дистанции без повторного усиления и восстановления сигнала.

• Повышенная спектральная эффективность, позволяющая передавать больше данных на одной длине волны.

• Более высокая чувствительность приемника и устойчивость к шуму, что подтверждается OSNR в 24,9 дБ, достаточном для качественной передачи.

В то же время системы с прямым детектированием проще и дешевле, но ограничены по дальности и пропускной способности, и менее эффективны при компенсировании дисперсии и шумов.

Обеспечение SLA и надежности

• Регулярный мониторинг параметров линии с помощью встроенных систем диагностики и фотонного мониторинга для своевременного выявления деградаций.

• Автоматизация переключения на резервный маршрут при потере сигнала или ухудшении качества, основываясь на показателях LOS и ухудшения OSNR, что обеспечит непрерывность сервисов.

• Резервирование канала и маршрута повысит отказоустойчивость и позволит обеспечить высокий уровень SLA.

Таким образом, реализованная межцодовая трасса с когерентным приемом и QPSK-модуляцией  соответствует техническим требованиям, но и реализует в себе современные методы эксплуатации и обслуживанию гарантирует устойчивую и долговечную работу сети с высоким качеством передачи данных.

Заключение

Построение межцодовой трассы с применением передовых когерентных технологий и модуляции QPSK открывает новые горизонты для высокоскоростной, надежной и масштабируемой передачи данных без необходимости в дорогостоящих регенерационных узлах. 

В статье мы подробно рассмотрели, как выбор оптимальных способов прокладки волокон, точные расчеты параметров линии — включая OSNR, хроматическую дисперсию и оптический бюджет — в совокупности с грамотным резервированием и автоматическим переключением маршрутов обеспечивают высокий уровень SLA и непрерывность сервиса.

Современные технологии не стоят на месте. Для более детального изучения данной темы могу порекомендовать изучить:

• современные схемы модуляции 16QAM и 64QAM,

• интеграцию Forward Error Correction (FEC) и цифровой обработки сигналов — незаменимых инструментов в борьбе с ошибками и деградацией сигнала,

• технологии автоматизации управления под сетью с использованием машинного обучения для предиктивной диагностики и управления отказами,

• особенности проектирования межцодовых трасс с учетом разнообразных климатических и региональных условий.