Tengeralatti optikai összeköttetések

Átírás

1 Adamik Dániel: Tengeralatti optikai összeköttetések Az Alcatel-Lucent, mint piacvezető cég, termékeinek és rendszereinek részletes ismertetése A tengeralatti kommunikációs összeköttetések története a 19. század elejére nyúlik vissza. A távíró elterjedésével együtt megjelent az igény a kontinenseken átívelő kommunikációra is. Ez a telefon megjelenésével még inkább fokozódott. Az 1940-es években az új fejlesztéseknek köszönhetően költséghatékonnyá vált ezeknek a kapcsolatoknak a használata, így nagy energiával kezdték kiépíteni a tengerialatti rendszereket. Egyik leglátványosabb példa erre a TAT sorozat. A TAT 1-et ban telepítették, amely coaxiális kábelen alapult. Számos oly technikai újítást vonultatott fel a konstrukció, melyek közül sok még mai is kiváló megbízhatóságával hívja föl a figyelmet, annak ellenére, hogy ezeket a rendszereket elavultságuk miatt nem használják. Az 1980-as években az optikai szálak megjelenésével új dimenziók nyíltak meg a távközlésben. Ez nem hagyta érintetlenül a tenger alatti kapcsolatokat sem ban elkészült az első tengeralatti optikai összeköttetés a TAT 8-as. A projekt megközelítőleg 335 M USD-ba került. Ez az Atlantióceán alatt lefektetett kábel három pár optikai szálat tartalmazott. Kettő pár operatívat és egy tartalékot. A szálak páronként képviseltek egy összeköttetést. Az információátvitel két iránya két külön szálon történt. Minden szálon a jelet 295,6 Mbit/s-on modulálták. Az összeköttetés 20Mbit/sos forgalmat bonyolított. Ezen a sávszélességen telefonos összeköttetést voltak képesek létrehozni, mely egy nagyságrenddel nagyobb, mint a tíz évvel korábban lefektetett TAT 7 kapacitása. A jelet 40 kilóméterenként magasnyomású házban elhelyzett ismétlőkkel teljes, mértékben regenerálták. A kezdeti időszakban sok probléma merült fel, ilyenek a halászok által okozott károk, illetve egy másik érdekes tényező. A kábel eredeti védelme a cápák ellen nem nyújtott megoldást, így gyakaran azok támadásainak esett áldozatul a rendszer. A kezdeti problémákat kijavítva jutottak el a szakemberek a mai modern hálózatokig.

2 A tenger alatti összeköttetések struktúrája: A tenger alatti optikai összeköttetések vagy hálózatok speciális feladatot látnak el, speciális körülmények között. Ez jól láthatóan olyan követelményeket támaszt, melynek nagy és egyedi kihívás megfeleni. Ezeket a hálózatokat több csoportba lehet osztani. Egy dolog mégis közös bennük. Nagy távolságot fednek le, nagy átviteli sebbességgel és kapacitással, míg topológiáját tekintve viszonylag egyszerűbb hálózatok, kevés elágazással. A nagy távolságra történő adatátvitel miatt fokozottan jelentkeznek a csillapítással és diszperzióval kapcsolatos problémák. Ez az a pont mely mentén, markáns különbséget lehet tenni a tenger alatti kapcsolatok között. Ez a két nagy csoport az ismétlő nélküli és az ismétlővel felszerelt hálózatok. Dolgozatomban az iparág egyik vezető résztvevőjének- az Alcatel-Lucent- rendszereivel foglalkozom részletesen. Az összeköttetések félepítése nagymértékben függ a hálózat komplexitásától. Ami minden esetben megegyezik a kábelek kapcsolata a szárazfölddel. Azt a pontot, ahol a kábel a szárazföldet eléri az angol terminológia landing pointnak hívja. Itt kerül a felszínre a kábel. Innen még egy úgynevezett terminalhoz kapcsolódik a kábel. Ez az egység hozza létre a kapcsolatot a szárazföldi rendszerek és a tengerealatti összeköttetés között. A terminál az egyik legösszettebb berendezés a rendszerben. Ez az egység a renszer lelke, a hálózat lényege. A terminál mellett foglal helyet az energiaellátó egység. Ez a nagyfeszültségű táp látja el a rendszert az szükséges energiával. A táp maximum 1.3 A állandó áramot biztosít, viszont a feszültsége 1.5 és 10 kv között változik a hálózat összetevőinek igénye szerint.a szárazföldet elhagyva a kábelt követve egy sor berendezéssel találkozunk. Ilyenek a branching units és az ismétlők, az ismétlővel ellátott hálózatokban. A hálózat telepítése: Az igények és a körülmények pontos felmérése után gondos tervezőmunka eredményeként a szakemberek kiválasztják és megtervezik a legmegfelelőbb konstrukciót. Ezután a kivetelezés következik. A földi kiszolgálló állomásokktól függetlenül lehet végezni a kábel fektetését. Az első pont a landing point kiválasztása és annak megépítése. Landing point: A kapcsolódási pontnak az alábbi kritérimoknak kell megfelenie: Első és legfontosabb a fizikai alkalmasság. A terület ne legyen túl meredek és változatos. Talaja legyen homokos, de legalábbis laza szerkezetű, hogy a kábelt el lehessen temetni, ezzel is csökkentve a sérülés kockázatát. Tengeri áramlatoktól mentes, csendes vizű környék

3 legyen, hogy az eltemetett kébeleket a víz ne mossa ki és azokat nem mozgassa. Emelett a hajóforgalom is korlátozott kell, hogy legyen, hiszen a sűrű forgalom különös fenyegetést jelent a kábel számára. Ilyen például a hajók horgnya és a halászok hálója. Ha a megfelelő terültetet megtalálták és kiépítetteék a csatlakozási pontot, megkezdődhet a terminál és az egyébb kiszolgáló berendezések telepítése, melyek gyakran mérföldekre vannak a csatlakozási ponttól, illetve a kábel fektetése. A kábelt speciális hajóval fektetik le. Ezek a hajók különleges felszerelést hordoznak, személyzette szakképzet, a telepítés, javítás elvégzésére alkalmas. Az Alcatel, mint a legnagyobb szolgáltató a piacon, a világ számos pontján állomásoztat ilyen hajókat. Ezek részben az előre tervezhető telepítéseket végzik, illetve a hálózatüzemeltetők és a hibaelhárító szervezetek munkáját segíti, természetesen jutattás fejében. Abban az esetben, ha bármeliyik Alcatel hálózatról kábelszakadást jelentenek, az elhárító személyzet 24 órán belül kész elindulni, hogy megszüntesse a hibát. Ez nagyfokú biztonságot ad ezeknek a hálózatoknak. A fenttartással, működtetéssel és javítással kapcsolatosan többféle megoldást kínálnak. Terminál: Az Alcatel által alkalmazott WDM terminál 1-16 optikai csatornán tudja az adatforgalmat biztosítani STM-16 SDH jellel. Az ezekkel az OALW40 SLTE berendezések sebessége Gbit/ sec a felhasznált csatornák mennyiségének függvényében. A szinkronizációhoz szükséges órajelet az egység a 2.5Gbit/sec-os beérkező jelből állítja elő. Abban az esetben, ha ez nem áll rendelkezésre, úgynevezett szabadonfutó üzemmódba kapcsol, hogy AMS-t (alternate maintance signal) generáljon. Az SLTE nagy teljesítményű vonal tranzmitterel van ellátva, hogy olyan jelalakot generáljon, mely összeegyeztethető a tarnzóceáni terjesztéshez jelgenerálás nélkül. A vevőkészülék, magába foglal egy chromatikus diszperziókompenzáló egységet, illetve optikai előerősítőt, hogy a legjobb teljesítményt biztosíthassa. Az SLTE konstrukciója redundás és elérhet ő egy gyorskapcsolási funkció is, mely 100 nsec-os kapcsolást tesz lehető vé. Az SMS-szel (submarine managmnet system) együtt teljes monitoring és hibakaezélés biztosított. A hibakezelésre is nagy hangsúlyt fektetnek, erre a FEC(forward error correction) rendszert alakalmazzád, mely jobb és megbízhatóbb mű ködést garantál, mint az éppen hatályos szabvány, a ITU-T G.826.

4 Tápellátás: A terminál a és a hálózat többi részének áramellátását a PFE (power feeding equipment) végzi. Ez a berendezés alacsony komplexitás fokú, mégis kiváló paraméterekkel bír. Egyszer ű felépítésének köszönhető en megbízható berendezés. Ugyancsak a megbízhatóságot fokozza, hogy a PFE-ket párban telepítik és egyenként saját kapacitásuknak megfelelő en maximum a fele teljesítményt biztosítják. Így, ha meghibásodik valamelyik szerkezet, akkor is a másik kielégítő en átveszi a szerepét. Ez a lehető ség a tervezett karbantartásokat is megkönnyíti, hiszen nem kell szüneteltetni a szolgáltatást. Elérhet ő 2.5, 5, 7.5 és 10 kv-os változatban is. A maximálás áramerő sség, amit biztosítani képes 1.3 A. A PFE rendelkezik önnáló monitoring elérhető séggel, valamint olyan interface-ekkel, melyek bonyolultabb rendszerbe törén ő integrálását segítik el ő. A következ ő bekezdésben tárgyalt eszközök és berendezések, a nagytávolságú, ismétlővel ellátott tenger alatti rendszerekhez tartoznak.

5 O A L(optical amplifier line) család minden tagja, a víz alatti EDFA erősítő k alkalmazásán alapszik. A tipikus távolságok, amelyekhez ezeket a hálózatokat alkalmazzák, a kilóméteres távolságtól a kontinenseket összektö ő tranzóceáni összeköttetésig terjed. A legnagyobb mélység 8000 méter. A hálózati elemek támogatják a nagy komplexitási fokkal rendelkez ő hálózatok kiépítését. Ebbe a családba tartozik az OALW40, mely DWDM rendszert használ. 16 csatornán csatornánkéént 2.5 Gbit/s sebességet lehet vele elérni egy szálpáron, és összesen 4 szálpárt tartalmaz egy kábelköteg. Ezzel a maximális átviteli sebesség 160 Gbit/s. A Terra10 ugyancsak DWDM-et alkalmaz. Ennél viszont egy csatornára 10 Gbit/s sebesség jut és egypár szálon összesen 60 csatorna van. A hálózat maximum 8 szálpárat tud kezelni, így a legnagyobb sebesség 4.8 Tbit/s. A hibakezelést a korábban említett FEC végzi. Az AOL család fejlesztésekor a megbízhatóságra is nagy hangsúlyt fektettek. Ennek következményeként egy 4 pár szálat tartalmazó hálózatnak, mely 5000 km hosszú a várható élettartama 25 év és a vízalatti részek javítását, egyetlen hajó is képes ellátni. Az üzemi biztonság nagyban függ, a hálózat komplexitásától és a beépített elemektől, illetve az alkalmazott védelemtő l. Egy pont-pont közötti összeköttetés esetén, átlagis védelmi beruházásokkal a várható üzemszünet kevesebb, mint 10 perc évente. Az optikailag erősített hálózatokban az ismétl ő az azt megelőz ő szakaszon bekövetkezett jelcsökkenést kompenzálja. Abban az esetben, ha a jel az optikai domainen belül marad, elegend ő egy optikai erősít ő használata és nem kell nagyfrekvenciás elektromos áramköröket beépíteni.így a hálózat optikailag átlátszó marad. Különös figyelmet kell fordítani az optikai erősítő re, hiszen annak sok esetben akár 60 csatornát is le kell fednie, vagy többet. Ezt olyan speciális erősítő kkel oldják meg, melynek erősítési tartománya nagyjából 20 nm. A WDM technológia nagy elő nye, hogy a rendszer tervezésénél nagyfokú kapacitási tartalékot lehet beépíteni, gyakorlatilag változatlan költségen. Így később a kapacitásbő vítés megoldható néhány konfigurációs adat módosításával.

6 B U (branching unit)-elágazás: Olyan hálózatokban, ami nem pont-pont közötti összeköttetést valósít meg, szükség van elágazásra, úgynevezett branching unitra. Az elágaztatás az igényeknek megfelelő en történhet optikai és elektromos tartományban is. Az optikai tartományban lehet szál add/drop, csatorna add/drop illetve szál és csatorna add/drop. Az elektromos tartományban a kapcsolás lehet passzív, illetve power switching BU. Az elágaztató egységhez mind a lightweight és páncélozott kábel is csatlakozhat. A csatlakozás a flexibilis Armadilloknak köszönhető en biztonságos és praktikus. A ház szilárdsága és terhelhetősége többször nagyobb, mint a legerő sebb kábelé. A berendezés 8000 méteres mélységig alkalmazható. A gondozás mentes technológiának köszönhető en az alkalmazása kifizetőd ő. A várható élettratama ennek a berendezésnek is 25 év. WDM add/drop: Az EDFA minden WDM BU-ban hasonlóan mű ködik, mint az ismétlőben,azonban néhány kiegészít ő funkciót tartalmaz és az add/drop csatornakezeléshez optimalizálták.a szálrácsozás és a cirkulátor(passzív eszközök) az EDFA-val lehető vé teszik, hogy bizonyos hullámhosszú jeleket aktív módon átirányítsunk egy eredeti útvonalról egy alternatív vonalra add/drop forgalommal kiegészítve, akár több szálpáron is. Az EDFA irányítását és felügyletét a SLTE (terminál) végzi a BU közvetlen jelvizsgálatával és jellel való ellátásával. A hibameghatározás szempontjából fontos tény,

7 hogy az eszköz használata mellet OETDR segítségével be lehet mérni a hálózatot. Egyszerű szál add/drop: Sok rendszer számára azonban elegend ő egy a fentinél jóval egyszerű bb megoldás is. Ez az úgynevezett simple fixed fibre routing. Itt bizonyos szálak fizikailag más irányba vezetnek. Ennél a megoldásnál a kapcsolást egy a terminálon elhelyezett berendezés végzi. Elő nye, hogy magában a a BU-ban nincs EDFA, így nem igényel vezérlést. A fentebb említett power switchinget többnyire tartalék vonalra kapcsoláshoz használják. A power switching elektromos jel hatására változtatja meg a kapcsolás irányát. Ezt a megoldást olyan esetekben használják, mikor a re-routing csak ritkán következik be, illetve egy-egy állapot hosszab ideig áll fent. A vezérléshez nem kell külön jelfeldolgozó ármakör, mert ezekben az egységekben a kapcsolás irányítását a power feeding equipment (PFE) végzi el.

8 Ismétlő: Az ismétl ő elnevezés valójában megtéveszt ő. Az Alcatel rendszereiben nem történik opto-elektronikai átalakítás, így teljes jelregenerálás sem történik. Az ismétlő nek egyetlen fontos szerepe van, a jel erősítése, oly módon, hogy a lehet ő legkevesebb zajt adja hozzá a hasznos jelhez. A víz alatti ismétlőkben EDFA tapusú erősít ő van. Ezek az ezközök 8000 méteres mélységik használhatók. Egy ismétl ő egy kábelpár erő sítését képes ellátni. A szerkezet megbízhatóságáról a gyártó annyit közölt, hogy egy 5000 km hosszú 4 kábelpárt tartalmazó hálózaton 25 éven belül egynél nem kell töbször hajó általi javítást végezni bels ő hiba miatt. Az ismétl ő egy kompakt berendezés, mely el van látva monitoringgal és lehető vé teszi az EOTDR alkalmazását. Az alábbi sematikus ábra jól reprezentálja a berendezés felépítését: Egyes hálózatokban olyan elvárásoknak kell megfelelni, mint például a különösen nagy kimeneti teljesítmény elérése, a zajszint növekedésének elkerülésével. Ilyen esetekben egy kettős pumpálású EDFA erősítő t alkalmaznak, melyet egyszerre egy 980 és egy 1480

9 nm-es forrással pumpálnak. Az erősítő k karakterisztikájának lapossága minden esetben úgy alakul, hogy megfeleljen a a sokcsatornás rendszerek követelményeinek. Kábel: Az OAL rendszerekhez gyártott kábelekben egy hegesztett fém házban, mechanikai feszültségtő l mentes környezetben a kábel szívében egy zselés anyaggal kitöltött fémgyűrűben találhatók az optikai szálak. Emelett a kompozit vezet ő is a szál struktúrába van integrálva. Egy nagyerősség ű fémgyűrűn belül egy réz cső ben található a vezet ő anyag. A vezet ő nagysűrűségú polyethylennel van szigetlve.a vezet ő ellenállása kiviteltől függően 1 és 1.6 ohm/km. Ezen felül még lehető ség van plusz balanszírozó ellnállások beépítésére. Maga a kábel többszörös védelemmel van ellátva víz szivárgás ellen, illetve a vízbő l hidrogén sem képes a szálakhoz jutni, mely nagymértékben károsítja azokat. Ezen felül egy plusz hosszanti irányú vízzáró védelmet is kapott a kábel, így például kábelszakadás esetén csak rövid kábelszakaszt kell kicserélni, amely gyorssá és költséghatékonnyá teszi a javítást. A vezet Néhány kábelekre jellemz ő adat: átmérő: mm tömeg: kg/m levegőben névleges szakítószilárdág: kn

10 Ismétlő nélküli rendszerek: Mind a földi kiszolgáló egységeket tekintve, mind a monitoring és hibakakezelési eljárásokat tekintve az isétl ő nélküli rendszerek tudásban képesek azt nyújtani, mint a nagyobb hatótávolságú ismétlő s rendszerek. Az egyetlen markáns különbség az összeköttetések távolságában van. Ezek a rendszerek, többnyire tengerszorosokon átível ő kisebb lépték ű kapcsolatokat, illetve a szigetvilágokban az apróbb szigeteket egymással összefűz ő hálózatokat valósítanak meg. Az ismétl ő nélküli rendszerek főbb típusainak blokkvázlata az alábbi ábrán látható.

11 Az Alcatel-Lucent által nyújtott egyébb szolgáltatások: Az egyik legfő bb tevékenysége a Submarine részlgenek a komplett hálózatok tervezése és telepítése. Ezen felül többféle fenttartási és javítási feladtokat tartalmazó konstrukciós csomag elérhet ő. Továbbá a saját gyártmányú alkatrészek diagnosztizálási és javítási munkáit végzi el. Ezeknek a feladatoknak az ellátásához elengedhetetlen a szakképzet személyzet és egy állandó flotta állomásoztatása. A cég a világ több pontján létesített bázist, fő leg olyan helyeken, ahol elengedhetelen egy gyors reagálású hibaelhárító személyzet. A tenger alatti optikai összeköttetések világszintű áttekintése: 1988 után ugyan töbször megtör ő lendülettel, de mégis növekv ő mértékben indultak beruházások. Ez 2001-ben csúcsosodott ki, majd a lendület elfogyott. De eddigre órási méret ű hálózatok jöttek létre. Számuk is hatalmas. Ezt jól mutatják azok a térképek melyeken ezeket a kábeleket jelölik. A világ sok részén már szinte áttekinhetetlen sematikus térképen. A hálózatok száma a közeljövő ben várhatóan nem fog számotteváen emelkedni, a hálózatokba beépített kapacitásfelesleg miatt.

12 Budapest, 2009