Történeti áttekintés

Átírás

1 Az optikaio hálózatok alapjai (BMEVIHVJV71) Tengeralatti összeköttetés Gerhátné Dr. Udvary Eszter Budapest University of Technology and Economics Department of Broadband Infocommunication Systems since 1782 Történeti áttekintés Az első tengeralatti távírókábel: augusztus (John Watkins Brett, Angol-Francia Távíró Társaság) Egyszerű rézkábel, guttaperka (Palaquium) szigeteléssel (Charles Wheatstone, Michael Faraday) Dover és Calais között (1 napig működött) Az első transzatlanti távírókábel: augusztustól szeptemberig működött Glory to God in the highest; on earth, peace and good will toward men. (Dicsőség Mennyben az Istennek, békesség Földön az embernek ) Viktória királynő Buchanan elnökkel is beszélt rajta táviratot küldött

2 Az első transzatlanti telefonkábel: TAT szeptember Koaxiális kábelek, polietilén szigetelés, elektroncsövek Először 36db, egyenként 4 khz-es, később 48/3kHz 69 km-enként elektronikus ismétlők 1963-tól ezen ment a Washington- Moszkva forródrót A kubai rakétaválság után szükségessé vált a gyors kommunikáció Ez eleinte csupán egy duplex távíróvonalat jelentett Első transzatlanti optikai összeköttetés TAT-8 Első transzatlanti optikai kábel 1988 (2002-ig volt rajta kommunikáció) Amerika, Anglia és Franciaország között 2 pár optikai szál (plusz harmadik tartaléknak) Mbps / optikai szál => telefon kapcsolat 40 km-enként optikai erősítők EDFA Az üvegszál körüli fémburokban megy a táp Az egyik parton pozitív, a másikon negatív feszültség A kábelt nem temették el, tengerfenékre fektették gyakori meghibásodás a hajózás miatt (vasmacska, vonóháló) Nem volt elektromágneses interferencia védelem Optikai szálat nem befolyásolja Cápákat támadásra ösztönzi => Későbbi összeköttetések: árnyékolással

3 Telepített rendszerek - példák Név TAT-8 TAT-12 TAT-14 SEA-ME-WE 3 (South-East Asia - Middle East - Western Europe) PAC (Pan American Crossing) Dátum Rendszer 1310nm 1550nm nm 1550nm Szál sebesség 278 Mbps 5Gbps WDM 2 pár aktív + 2 pár 16x10Gbps (STM-16) backup szál 2000: 8x2.5Gbps km 2007: 48x10 Gbps két pár üvegszál 32x10Gbps Megjegyzés 2002-ig 2008-ig TAT-14 Vízalatti kábelek fektetése 2000-es évek eleje 36 új kábel (17 milliárdos költség) új kábel (7.9 milliárdos költség) új kábel Eleinte: Európa-Észak-amerika között Jelenleg: Afrika, Latin-amerika, közel kelet felé jelentős fejlesztések

4 Jelenlegi helyzet Internetes térkép: Jelenlegi helyzet Transzatlanti kapcsolatok: > 95%-a Optikai kommunikáció 75%-a internetes forgalom 20% direkt magánhálózat <5% beszédhívások új kábel költségek

5 Tengeralatti összeköttetés Network Management System Terminal Equipment Armoured Cable Lightweight Cable Repeater Cable Station U.K. Cable Protection Committee & Alcatel-Lucent Submarine Networks Tengeralatti kábel követelményei Nagy nyomás (Speciális kábel) A mély víz hideg, stabil környezeti körülmények Sekély vízben páncélzatot igényel Az elektromos energiát a végpontokról kell betáplálni Nyomásnak ellenálló erősítők Regenerálás a végpontokon (3R) Az elejétől a végéig egységként tervezik 1. Polietilén 2. Mylar szalag (bopet, biaxiálisan orientált PET) 3. Sodort acélkábelek 4. Alumínium vízálló réteg 5. Polikarbonát 6. Réz- vagy alumíniumcső 7. Vazelin 8. Üvegszál

6 Nagy szálszám 876 fibers Fiber ribbons Dielectric central member Filled buffer tube Outer strength members Water-blocking material Kábelek

7 Ismétlő, kicsatolás Branching Unit A kábel lefektetése 1. Az útvonal vizsgálata Első útvonalterv kialakítása Ezen végigmegy egy talajfelmérő hajó Radarral a tengerfenék-profilt felállítani Mintavétellel alátámasztani, pontosítani Kövek, lejtők elkerülése a fő cél Útvonal felmérés diagram készül meghatározzuk a kábeltípust és védelmet Útvonaltervezés Több információ alapján Útvonalvizsgálat Tenger alatti építmények (pl. halászhálók) Lefektetőmunka nehézsége Kábelrendszer biztonsága Karbantartási lehetőségek Útvonal-pozíció lista (RPL)

8 Rendszer felrakodása A kábel lefektetése 2. RPL alapján egyenes vonal diagram (SLD) Rendszer beállításai Kapcsolat a kábelek és az ismétlők közt SLD alapján összeszerelik a rendszert Utolsó teljesítménytesztek Felrakodás Kábeltartályra tekercselik 1000 km-es rendszer esetén egy hét (0-24) A kábel lefektetése 3. Kábelfektetés Az útvonal megtisztítása Speciális csáklyával Halászfelszerelések Kötelek Elsüllyedt hajók Horgonyok Part-menti csatlakozás Kiúsztatják a partra Bekötik a kábelt a szárazföldi hálózatba Leengedik a fenékre, erős vízsugárral betemetik (a kábel elé árkot ás) Tesztelik (OTDR) Csak akkor indul a fektetés, ha működik az első szakasz

9 A kábel lefektetése 4. Kábelfektetés és ásás 1000m-ig be kell ásni a kábelt horgonyok, halászhálók elleni védelem Kábeltemető berendezés» Egyfajta eke, rajta átfűzve a kábel» 65 tonnás daru teszi a vízre» távirányással, vízalatti kamerák segítségével, joystikkal irányítják» 1km/1 óra sebesség» Nem egyenes vonalban fektetik, sziklákat & szakadékokat kikerülik» Folyamatosan mérnek, hogy rendben van-e a lefektetett kábel (optikát és elektromos jelet is)» Pontasan előírt az adagolási sebesség, kábel megfeszítése 1000 m-nél mélyebben csak fektetés Kábeltemető berendezést kiemelik 5-6 km/óra Meghibásodások - kábelszakadás Kis mélységben jelentősebb a meghibásodás Faults by Water Depth 4% 5% 3% 6% Metres Metres Metres Metres Metres >2000 Metres 20% 62%

10 Meghibásodások - kábelszakadás Halászat Gyakori Hatása egyedi kábelekre korlátozódik Horgonyok Ritkább Több kábelt egyszerre is érinthet Természeti katasztrófák (pl. földrengés) Ritka Egyszerre több kábel % Tyco Telecommunications & Global Marine Systems IEEE Journal of Oceanic Engineering, Wood & Carter (2008) Halászat 40 Horgonyok Kábelszakadás - Védekezés Halászati tevékenység és horgonyok ellen Felmérések a legbiztonságosabb útvonal felderítésére Legjobb/legellenállóbb kábeltípus a kritikus szakaszokon Kábel beásása a tengerfenéken (ahol lehetséges, sziklás talaj?) Kábel védelmi zóna létrehozása (pl. Ausztrália kormánya Japán felé 3.7km széles zónát hozott létre, ahol tilos a halászati tevékenység -10 év börtönnel fenyegetnek) Kábelek útvonalának meghatározásakor a kikötök és horgonyzásra használt területek elkerülése Automatikus azonosító rendszer Ismeretterjesztés Figyelemfelkeltő előadások/események Halászok képzése 24 órás telefonos segélyvonal a hajók legénységének, ha kábelt fognak A forgalmat meg kell osztani, ezzel minimalizálva a kiesést Tyco Telecommunications Tyco Telecommunications

11 Meghibásodás kábel javítása A kábel tulajdonosok egy speciális flottát tartanak fent a hibák elhárítására Javítás: 24 órán belül Alcatel-Lucent Submarine Networks Kábel javítása Hibák felderítése: távirányítású jármű (tengeralattjáró propellerrel és lánctalppal) pl. fektetés után fedetlen kábelek felderítése Elvágandó kábelt áramtalanítják, a forgalmat átterelik Tengerfenéken elvágják Felhozzák a kábelvégeket egy speciális horoggal Lemeztelenítik a kábelt és izolálják a szálakat, szálhegesztés, fröccsöntött ház védi a csatlakozót (nyomás ellen) Visszaengedik és kipróbálják

12 Összeköttetés típusok Erősítővel Víz alatti pumpáló lézerek Nagy távolságú, 5000 km Rövidebb szakaszok, km Erősítő nélkül Max. 300 km összeköttetés nem tartalmaz erősítőt Erősítővel (pumpálás szárazföldről) Nincs víz alatti pumpáló lézer A víz alatti erősítőket távolról pumpálják (partról extra szálon keresztül) km összeköttetés Diszperzió kezelés 1.. EDFA LCF fiber NZ-DSF fiber 25 km 25 km EDFA. LCF (Large core fiber) Kromatikus diszperzió: -2 ps/km.nm Nagy effektív terület 75 ~ 80 um^2 Nagyobb diszperziós meredekség Kisebb nemlineáris hatás A nagyobb teljesítmény miatt az első szakaszon használjuk NZ-DSF fiber (eltolt diszperziójú szál) Kromatikus diszperzió: -2 ps/km.nm kisebb diszperziós meredekség A kisebb teljesítményű második szakaszon használják Csökkenti a felhalmozott kromatikus diszperzió szintjét

13 Diszperzió kezelés 2. EDFA LCF fiber NZ-DSF fiber 25 km 25 km EDFA... EDFA Standard SMF fiber 50 km EDFA. 10 span 500 km 500km (10 szakasz) után beiktatnak egy Standard egymódusú szálszakaszt (SMF), hogy a negatív kromatikus diszperzió hatását kompenzálják 500km*(-0.2 ps/nm*km)=- 100 ps/nm*km 50km*20 ps/nm*km=100 ps/nm*km Az eltérő diszperzió meredekség miatt elő és utótorzításra van szükség az adó és a vevő oldalon Polarizációs mód diszperzió kezelés PMD felhalmozódik a hosszú szálszakaszokon és az egyéb optikai elemeken való áthaladás során Az alkalmazott szálnak alacsony a PMD-ja 0.008ps/km 2 => 7500 km után PMD=6.9ps Az alkalmazott optikai elemeknek alacsony a PMD-ja Pl. EDFA: 0.1ps, WDM MUX/DEMUX: 0.1ps

14 Szárazföldi és tenger alatti összeköttetés Adódik a kérdés: Tengeralatti rendszereknél miért tudnak akár 7500km távolságú összeköttetést is megvalósítani (több, mint 100 szakasz, erősítők, 10 Gbit/s), míg szárazföldi összeköttetésnél korlátozott a táv (5 szakasz, 400km)? A tengeralatti rendszerek előre definiáltak, amely hasonlít egy jól kontrollált laboratóriumi kísérleti rendszerre. A szárazföldi rendszerekben a földalatti kábelek jellemzői nem ismertek (pl. PMD). A rendszer tervezőjének figyelembe kell vennie a különböző statisztikus eseteket.