Současné aktivní optoelektronické prvky používané v optických přenosových sítích, například optické vláknové zesilovače či ramanovské zesilovače, jsou dnes na trhu zastoupeny především ve dvou základních formách: buď jsou integrovány do komerčních přenosových systémů, nebo jsou dostupné jako laboratorní přístroje.
Pro komerční přenosové systémy jsou navrhovány typicky jako zásuvné karty či moduly. Jejich elektrické, tedy hardwarové, a konfigurační rozhraní je téměř vždy proprietární, čili jedná se o majetek určitého výrobce, a není je možno provozovat v systému jiného výrobce či samostatně. Navíc jsou tato zařízení standardní, někdy až zastaralá vlivem rychlého vývoje v této oblasti. Nejnovější optoelektronické prvky se špičkovými parametry nebývají jako součást komerčního systému dostupné.
Naopak laboratorní přístroje obvykle obsahují nejnovější technická řešení, avšak primárně jsou určena pro laboratorní práci se stálou lidskou obsluhou a nejsou vhodná pro nasazování v optických přenosových sítích. Často jsou vybavena rozhraními pro vzdálenou správu pouze laboratorních typů, např. GPIB. Navíc je z bezpečnostních důvodů pro jejich spuštění často nutná přítomnost obsluhy.
Nejnovější a nejefektivnější optoelektronické prvky se proto velmi obtížně nasazují v síťových aplikacích. Toto omezení může představovat závažný problém zejména při budování výzkumných a experimentálních sítí. Ani komerční přenosové systémy, kde je nevýhodou vysoká cena a mnohdy nutnost zakoupit i to, co není pro danou síť potřebné, ani laboratorní přístroje, které mají náročnou obsluhu a velmi omezené možnosti dálkové správy, nejsou pro stavbu výzkumných optických vysokorychlostních sítí nové generace nejvhodnější.
Vlastní vývoj – CLA
Výše uvedené nedostatky odstraňuje zařízení, které se stalo prvním užitným vzorem CESNETu nazvaným Modulární stavebnice zařízení pro optické zesilování signálu. Navázali jsme zde na experimenty z oblasti přenášení dat v CEF sítích již z roku 2005 a začali jsme výsledky výzkumné činnosti přenášet do praxe. Tato modulární stavebnice optického zesilovač nese název CLA – CzechLight Amplifier. CzechLight je název experimentálního síťového prostředí, v němž testujeme pokročilé technologie, které mohou být i potenciálně destruktivní.
Od prvních experimentů a prototypů je dlouhá cesta k zařízení, které je určeno k nasazení v provozním režimu. Kromě nároků na vysokou spolehlivost se klade důraz zejména na dobrou možnost vzdálené správy. Zde je s výhodou využito monitorovacího PC, které umožňuje zařízení spravovat a konfigurovat přes standardní a dobře známá rozhraní, jako jsou Ethernet a RS 232 pro tzv. konzolový přístup. Navíc je k dispozici rozhraní USB, k němuž lze připojit například malou webovou kameru. Ta umožňuje další zvýšení bezpečnosti, jako je zaznamenání vandala, zloděje, a obecně dění v místnosti.
Velmi významné rozšíření z hlediska vzdálené správy představuje možnost využít bezdrátových technologií: GSM, Wi-Fi, BlueTooth. Z těchto technologií je v současné době nejvýznamnější a nejpraktičtější technologie GSM mající vysoké procento pokrytí území, kdy je možné zařízení spravovat i v případě přerušení komunikačních kabelů. V některých případech pak GSM představuje jediné možné řešení vzdálené správy – řada optických zesilovačů je umístěna na dlouhých trasách v lokalitách bez možnosti přístupu Ethernetem či RS 232.
Další užitečnou vlastností zařízení je použití otevřeného software. Jako operační systém monitorovacího PC používáme Linux. Technikům a výzkumníkům je poměrně dobře znám a umožňuje využívat další volně dostupné programové vybavení, například pro SNMP (de-facto standardní protokol pro vzdálenou správu). Další potřebné programové vybavení je možné doinstalovat dle potřeb uživatele zařízení.
Softwarová i hardwarová modulárnost CLA umožňuje sestrojit zařízení, které je jednak vysoce spolehlivé a tím pádem vhodné i k nasazení do provozního režimu a zároveň umožňuje velkou rozšiřitelnost a variabilitu. Lze použít různé typy a počet optických modulů, redundantní napájení pro 230Va/nebo 48 V či moduly pro vzdálenou správu a monitoring.
Toto technické řešení je průmyslově dobře využitelné, a to jak na vnitrostátních, tak mezinárodních linkách. Samozřejmostí je i možnost použití v laboratorním prostředí.
Nasazení a výroba
S použitím zesilovačů CLA jsme osadili dvě mezinárodní trasy. První z nich o délce 190 km propojuje Brno a Bratislavu. Kromě CLA jsme zde poprvé použili vláknové Braggovské mřížky (FBG) pro kompenzaci chromatické disperze. Trasa je připravena na přenos 4 DWDM kanálů 10GE nebo protokolu SDH/SONET.
Při osazení druhé mezinárodní trasy mezi Brnem a Vídní měřící 224 km jsme opět použili prvky CLA a FBG. Umožňuje přenos až 8 DWDM kanálů 10GE. Podrobnosti o realizaci těchto mezinárodních tras lze nalézt v technické zprávě 25/2006 Deployment of a DWDM System with CLA Optical Amplifiers in the CESNET2 Network a také v tiskové zprávě sdružení.
O nasazení zařízení řady CLA projevilo zájem několik našich zahraničních partnerů. Proto jsme hledali partnery, kteří by měli zájem o jeho licenční výrobu. Naše snaha byla úspěšná, v současné době máme uzavřenu smlouvu se dvěma partnery, kteří začali optické zesilovače vyrábět jak pro potřeby CESNETu, tak pro další zájemce z akademické i komerční sféry.
První zesilovače CLA vyrobené mimo CESNET jsme použili při osazování trasy Praha–Ústí n. L. v síti CESNET2. Tato vnitrostátní trasa je opět navržena pro přenos až 8DWDM kanálů 10GE a kromě využití pro běžný IP provoz je zároveň součástí nově budované sítě pro potřeby medicínských aplikací. Ve spolupráci s aktivitou Podpora aplikací jsme také analyzovali a navrhli propojení nemocnic UVN, Motol a MNÚL, opět s využitím námi vyvíjených zařízení. Další aplikace zesilovačů CLA se připravují v České republice i v zahraničí.
Optická zařízení řady CLA představují jeden z významných výsledků našeho výzkumu, který se podařilo úspěšně převést do praxe. Díky výrobě u našich partnerů najdou uplatnění v řadě špičkových optických sítí.
***
Odborníci sdružení CESNET – Ing. Jan Radil, PhD., a Ing. Josef Vojtěch – spolu s Ing. Miroslavem Karáskem, DrSc., z Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR – za vývoj optického vláknového zesilovače získali cenu ministra školství za výzkum.
