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Die wesentliche Rolle der N+1-Redundanz in RF-over-Glasfaser-Kommunikationssystemen
von Meir Bartur, CEO, Optical Zonu
Die Fähigkeit, über große Entfernungen zu kommunizieren, war seit Beginn der modernen Zivilisation von entscheidender Bedeutung. Die heutige Kommunikation war jedoch noch nie so ausgefeilt und entscheidend für Innovation und nationale Sicherheit. Zwischen Rechenzentren, die rund um die Uhr routinemäßig Exabyte an Daten zur und von der Cloud übertragen, dem Wachstum hochfrequenter (und leicht störbarer) militärischer Kommunikation sowie Funksystemen für die öffentliche Sicherheit kann sich die Telekommunikationsinfrastruktur nicht einmal Nanosekunden Ausfallzeit leisten, ohne Daten und Vorgänge ernsthaft zu gefährden.
Aus diesem Grund können sich Unternehmen und staatliche Organisationen nur die Implementierung einer Art von Netzwerkredundanz in RFoF-Systemen (Radio Frequency over Fiber) leisten. Schutz vor einem einzelnen Ausfallpunkt kann durch Duplizierung erreicht werden, ist jedoch teuer, die Wiederherstellung erfolgt nicht unbedingt automatisch und aufgrund der betrieblichen Komplexität ist dies unpraktisch. Während eine vollständige oder sogar halbe Redundanz für die meisten Organisationen wirtschaftlich nicht plausibel ist, ist N+1-Redundanz möglicherweise die effizienteste und vernünftigste Möglichkeit zum Schutz von Kommunikationssystemen.
Was ist RFoF und warum vermeiden Unternehmen Entlassungen?
RFoF ist in der Regel die Antwort auf die Herausforderung eines Netzbetreibers, eine schnelle und zuverlässige Übertragung von HF-Signalen über lange Distanzen zu ermöglichen, die die herkömmliche Telekommunikationsinfrastruktur nicht unterstützt. Es handelt sich um eine Technologie, bei der HF-Signale über Glasfaserkabel statt über Koaxialkabel übertragen werden. Diese Methode nutzt die Vorteile der Glasfaser, wie geringen Signalverlust, hohe Bandbreite und Immunität gegen elektromagnetische Störungen, um HF-Signale mit minimaler Beeinträchtigung über lange Distanzen zu übertragen.
Diese Hardwarekomponenten, zu denen häufig Laserdioden mit Direktmodulation, Fotodetektoren, integrierte Verstärker, Fasern, Sender, Empfänger und optische Schalter gehören, können jedoch kostspielig sein. Dies gilt insbesondere für Ku- und Ka-Bänder und andere Hochfrequenzanwendungen. Die Tatsache, dass die meisten RFoF-Verbindungen den Test der Zeit ohne Eingriff bestehen (d. h. hochzuverlässig sind), ist der Grund, warum die meisten Institutionen nicht in Redundanz investieren. Aber jedes unternehmenskritische Unternehmen sollte mindestens eine Sicherung haben, da die Ausfallzeiten aufgrund von auftretenden Problemen erheblich und kostspielig sein können. N+1-Redundanz, die Signalumschaltung erfordert, wird sehr attraktiv, um eine Systemsicherung bereitzustellen und die steigenden Kosten für Hochfrequenz-RFoF-Hardware angemessen zu verwalten.
N+1-Redundanz und ihre verschiedenen Konfigurationen
N+1-Redundanz bezieht sich auf ein System, bei dem mehrere primäre Komponenten (die „N“-Komponenten) durch eine einzige zusätzliche Komponente (die „+1“-Komponente) gesichert werden, die als Ersatz dient. Dieser Ansatz verbessert die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit des Systems, indem sichergestellt wird, dass bei Ausfall einer der primären Komponenten die Backup-Komponente übernehmen kann, ohne den Dienst zu unterbrechen. Dies unterscheidet sich erheblich von der 2N-Redundanz, bei der ein spiegelbildliches Backup des Verbindungsnetzwerks erstellt wird, um sicherzustellen, dass jede Verbindung und Komponente einen Ersatz hat. Bei der 2N-Redundanz investieren Sie im Wesentlichen in zwei RFoF-Netzwerke, verwenden aber nur eines. Beispiele für das gesamte Redundanzspektrum finden Sie in der Referenz am Ende dieses Artikels.
Es gibt mehrere Möglichkeiten, N+1-Redundanz zu unterschiedlichen Kosten zu konfigurieren, und jede Konfiguration ist für unterschiedliche Anwendungen sinnvoll. Ein Betreiber kann ein Backup für eine gesamte Kommunikationsverbindung oder nur für bestimmte Komponenten hinzufügen, aus denen eine Verbindung besteht, wie etwa optische Transceiver, Switches, Verstärker und zusätzliche Glasfaser. Um N+1-Redundanz einzusetzen, müssen die Systemkomponenten zunächst in der Lage sein, Fehler in bestimmten Bereichen zu erkennen, wie etwa ein fehlendes optisches Signal, einen Mangel an HF-Leistung oder einen Systemalarm im Zusammenhang mit der Komponentenfunktionalität.
Dies liegt daran, dass es ohne dieses Maß an Präzision unmöglich wäre, die Komponenten um den Fehlerpunkt herum umzuleiten. Die Technik zum Umleiten an einem Fehlerpunkt wird als Bypass-Switching bezeichnet. Dabei wird ein optischer 2×2-Switch verwendet, um das Signal auf einem Backup-Kanal an die Ersatzkomponente zu übertragen und auf die richtige Route zurückzukehren. Die verschiedenen Konfigurationen werden im Folgenden beschrieben:
Transceiver N+1 Redundanz: In dieser Konfiguration (Figure 1), sind mehrere RFoF-Transceiver (N) aktiv, die jeweils HF-Signale in optische Signale für die Übertragung über Glasfaser umwandeln. Ein einzelner Backup-Transceiver (+1) ist in Bereitschaft, falls einer der primären Transceiver ausfällt, und dann übernimmt der Backup automatisch. Fehlerhafte Sender werden normalerweise von der Systemelektronik erkannt, z. B. durch falsche Laservorspannung, Stromverbrauch usw. Dies wird häufig verwendet, wenn mehrere HF-Quellen, wie z. B. verteilte Antennensysteme (DAS) oder Rundfunk, über Glasfaser übertragen werden müssen.
Empfänger N+1 Redundanz: Diese Konfiguration (Figure 2) umfasst mehrere RFoF-Empfänger (N), die die optischen Signale am Zielort wieder in HF-Signale umwandeln, wobei ein einzelner Backup-Empfänger (+1) für den Ersatz eines ausgefallenen Empfängers zur Verfügung steht. Genau wie die Transceiver werden auch fehlerhafte Empfänger von der Systemelektronik erkannt. Diese Art der Redundanz ist besonders nützlich, wenn HF-Signale an vielen verschiedenen Orten empfangen werden, darunter große Kommunikationsknoten oder Satelliten-Bodenstationen.
Link N+1-Redundanz: In diesem Fall übertragen mehrere Glasfaserverbindungen (N) bidirektionale HF-Signale über jede Faser (z. B. zu mehreren Antennen) zwischen zwei Standorten, wobei eine zusätzliche Glasfaserverbindung als Backup reserviert ist. Dies ist in kritischen Kommunikationsnetzwerken üblich, in denen ein kontinuierlicher Betrieb unerlässlich ist und die Wahrscheinlichkeit einer Glasfaserbeschädigung eine kritische Verbindung stören kann, wie z. B. in Luft- und Raumfahrt-, Verteidigungs- oder öffentlichen Sicherheitsnetzwerken. Die Fasern werden über verschiedene Durchgänge (nicht gebündelt) geführt – und ein Schnitt oder eine Trennung einer einzelnen Faser wird erkannt. Die 2×2-Lichtwellenleiterschaltung leitet die Signale zur Ersatzfaser um.
In der Praxis kann jede beliebige Kombination der oben genannten N+1-Konfigurationen (anstatt jede einzeln) verwendet werden. Beispielsweise möchte ein Netzwerkbetreiber möglicherweise eine zweite Faser und einen zweiten Empfänger einsetzen, aber nicht den Transceiver. Je weniger Redundanzen ein Betreiber jedoch investiert, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit eines katastrophalen Ausfalls. Bestimmte Premium-RFoF-Hardware mit intelligenten optischen Schaltern kann Frequenzen fachmännisch umleiten, um sich an die Komplexität des Austauschs nur eines einzigen Transceivers, Verstärkers oder Schalters anzupassen. Dies bietet den notwendigen Schutz dieser Systeme im Falle eines Faserschnitts oder Komponentenausfalls, ohne dass Redundanz bei jeder Komponente erforderlich ist.
Zusammenfassung
Da eine nahtlose und unterbrechungsfreie Kommunikation für Innovation und nationale Sicherheit unerlässlich ist, bietet die N+1-Redundanz in RFoF-Systemen eine pragmatische Lösung zum Schutz kritischer Telekommunikationsinfrastrukturen ohne unerschwingliche Kosten. Durch die Bereitstellung strategisch platzierter Backup-Komponenten stellt die N+1-Redundanz sicher, dass die wichtige Kommunikation auch bei Netzwerkausfällen unterbrechungsfrei bleibt.
Dieser Ansatz gleicht die hohen Kosten einer vollständigen Redundanz mit dem Bedarf an zuverlässigem, kontinuierlichem Service aus und ist damit die ideale Wahl für Unternehmen, die sich keine Ausfallzeiten leisten können, aber auch ihre Ressourcen effizient verwalten müssen. Trotz der Überzeugung, dass Telekommunikationshardware ein Massenprodukt ist und es um den Gewinn geht, sollten glasfaserbasierte Systemmanager mit den erfahrensten Integratoren und den besten RFoF-Produkten zusammenarbeiten, um eine kosteneffiziente N+1-Redundanz sicherzustellen.
Optical Zonu Verbessert sein Netzwerkmanagementsystem
Optical Zonu hat sein CloudView Netzwerkmanagementsystem (NMS) um Funktionen zur Erkennung und Lokalisierung von Glasfaserfehlern für seine ZONUConnect-Basisstation-zu-DAS-Glasfaserübertragungslösung (Distributed Antenna System) erweitert. Die Aktualisierungen bieten Telekommunikationsbetreibern und Unternehmen einen besseren Überblick über die Leistung von RF-over-Fiber-Netzwerken (RFoF) und ermöglichen so eine schnellere und präzisere Erkennung von Glasfaserfehlern. Dies trägt dazu bei, Netzwerkprobleme effektiver zu beheben und Ausfallzeiten zu vermeiden.
Die ZONUConnect-Plattform enthält in ihren steckbaren Modulen ein proprietäres mikrooptisches Zeitbereichsreflektometer (uOTDR), das Glasfaserfehler innerhalb weniger Meter erkennen kann. Der Zugriff auf und die Nutzung von uOTDR-Daten zur Lösung von Netzwerkproblemen war im vorherigen NMS jedoch nicht vollständig realisiert. Mit den neuesten CloudView NMS-Upgrades können Betreiber jetzt eine visuelle Darstellung des Glasfaserpfads auf Geländekarten anzeigen, wobei OTDR-Daten auf dem Verwaltungspanel überlagert sind. Dies ermöglicht die genaue Lokalisierung von Glasfaserfehlern und Reflexionsereignissen mit genauen Kartenpositionen.
Das NMS visualisiert jetzt auch präventive Glasfaser-Ereignisse, wie etwa Fehler an Steckern oder Patchpanels, und nicht nur Glasfaserbrüche. Die Behebung dieser Probleme ist entscheidend für die Zuverlässigkeit des RFoF-Netzwerks, da selbst kleine Fehler an Komponenten zu erheblichen Verlusten führen können, die einem Kilometer Glasfaser oder mehr entsprechen. Das Identifizieren und Korrigieren dieser Fehler trägt dazu bei, den gesamten Glasfaserverlust zu reduzieren und die Leistung der BTS-zu-DAS-Verbindung zu verbessern.
Für weitere Informationen besuchen Sie Optical Zonu at opticalzonu.com €XNUMX.