Come visto in Microwave Product Digest

Il ruolo essenziale della ridondanza N+1 nei sistemi di comunicazione RF su fibra

di Meir Bartur, CEO, Optical Zonu

La capacità di comunicare su lunghe distanze è stata fondamentale fin dall'inizio della civiltà moderna. Tuttavia, le comunicazioni odierne non sono mai state così sofisticate e critiche per l'innovazione e la sicurezza nazionale. Tra data center 24 ore su 7, XNUMX giorni su XNUMX che trasmettono regolarmente exabyte di dati da e verso il cloud, la crescita delle comunicazioni militari ad alta frequenza (e facilmente interrotte), nonché i sistemi radio di pubblica sicurezza, l'infrastruttura delle telecomunicazioni non può permettersi nemmeno nanosecondi di inattività senza mettere a serio rischio dati e operazioni.

Ecco perché le aziende e le organizzazioni governative possono permettersi di implementare solo un qualche tipo di ridondanza di rete nei sistemi RFoF (radiofrequenza su fibra). La protezione contro un singolo punto di guasto può essere ottenuta tramite duplicazione, ma è costosa, il ripristino non è necessariamente automatico e le complessità operative la rendono poco pratica. Laddove la ridondanza completa o addirittura parziale potrebbe non essere economicamente plausibile per la maggior parte delle organizzazioni, la ridondanza N+1 è forse il modo più efficiente e ragionevole per proteggere i sistemi di comunicazione.

Cos'è RFoF e perché le organizzazioni evitano i licenziamenti?

RFoF è in genere la risposta alla sfida di un operatore di rete di fornire un trasporto ad alta velocità e resiliente di segnali RF su lunghe distanze in un modo che l'infrastruttura di telecomunicazioni tradizionale non può supportare. È una tecnologia che trasmette segnali RF su cavi in ​​fibra ottica anziché su cavi coassiali. Questo metodo sfrutta i vantaggi della fibra ottica, come bassa perdita di segnale, elevata larghezza di banda e immunità alle interferenze elettromagnetiche per trasportare segnali RF su lunghe distanze con degradazione minima.

Tuttavia, questi componenti hardware, che spesso includono diodi laser a modulazione diretta, fotodetector, amplificatori integrati, fibre, trasmettitori, ricevitori e commutatori ottici, possono essere costosi. Ciò è particolarmente vero per le bande Ku e Ka e altre applicazioni ad alta frequenza. Il fatto che la maggior parte dei collegamenti RFoF superi la prova del tempo senza alcun intervento (vale a dire, siano altamente affidabili) è il motivo per cui la maggior parte delle istituzioni non investe in ridondanza. Ma ogni attività critica per la missione dovrebbe avere almeno un backup perché i tempi di inattività dovuti a problemi che potrebbero verificarsi potrebbero essere significativi e costosi. La ridondanza N+1 che richiede la commutazione del segnale diventa altamente attraente per fornire un backup di sistema e gestire in modo appropriato i crescenti costi dell'hardware RFoF ad alta frequenza.

Ridondanza N+1 e le sue diverse configurazioni

La ridondanza N+1 si riferisce a un sistema in cui più componenti primari (i componenti "N") sono supportati da un singolo componente aggiuntivo (il componente "+1") che funge da riserva. Questo approccio migliora l'affidabilità e la disponibilità del sistema assicurando che, se uno dei componenti primari si guasta, il backup può subentrare senza interrompere il servizio. Ciò differisce notevolmente dalla ridondanza 2N, che crea un backup dell'immagine speculare della rete di collegamenti per garantire che ogni collegamento e componente abbia una sostituzione. Con la ridondanza 2N, stai essenzialmente investendo in due reti RFoF ma ne utilizzi solo una. Esempi dell'intero spettro di ridondanza possono essere trovati nel riferimento alla fine di questo articolo.

Esistono diversi modi per configurare la ridondanza N+1 a vari costi e ogni configurazione ha senso per diverse applicazioni. Un operatore può scegliere di aggiungere un backup a un intero collegamento di comunicazione o solo a determinati componenti che compongono un collegamento, come transceiver ottici, switch, amplificatori e fibra aggiuntiva. Per impiegare la ridondanza N+1, i componenti del sistema devono prima essere in grado di rilevare guasti in aree specifiche, come un segnale ottico mancante, una mancanza di potenza RF o un allarme di sistema correlato alla funzionalità del componente.

Questo perché sarebbe impossibile reindirizzare i componenti attorno al punto di guasto senza quel livello di precisione. La tecnica per reindirizzare in un punto di guasto è chiamata bypass switching, che utilizza uno switch ottico 2×2 per trasportare il segnale al componente di riserva su un canale di backup e riportarlo al suo percorso corretto. Le varie configurazioni sono descritte di seguito:

Ridondanza del transceiver N+1: In questa configurazione (Figure 1 ), sono attivi più transceiver RFoF (N), ognuno dei quali converte i segnali RF in segnali ottici per la trasmissione su fibra. Un singolo transceiver di backup (+1) è in standby se uno dei transceiver primari si guasta, quindi il backup subentra automaticamente. I trasmettitori difettosi vengono solitamente rilevati dall'elettronica di sistema, come polarizzazione laser non corretta, consumo di corrente, ecc. Questo viene comunemente utilizzato quando più sorgenti RF, come sistemi di antenna distribuiti (DAS) o trasmissioni, devono essere trasmesse su fibra.

Ridondanza del ricevitore N+1: Questa configurazione (Figure 2 ) coinvolge più ricevitori RFoF (N) che convertono i segnali ottici in segnali RF a destinazione, con un singolo ricevitore di backup (+1) disponibile per sostituire qualsiasi ricevitore guasto. Proprio come i transceiver, anche i ricevitori difettosi vengono rilevati dall'elettronica di sistema. Questo tipo di ridondanza è molto utile quando i segnali RF vengono ricevuti in molte posizioni diverse, inclusi hub di comunicazione su larga scala o stazioni di terra satellitari.

Ridondanza del collegamento N+1: In questo caso, più collegamenti in fibra ottica (N) trasportano segnali RF bidirezionali su ogni fibra (ad esempio a più antenne) tra una posizione e l'altra, con un collegamento in fibra aggiuntivo riservato come backup. Ciò è comune nelle reti di comunicazione critiche in cui il funzionamento continuo è essenziale e la probabilità di danni alla fibra può interrompere un collegamento critico, come le reti aerospaziali e di difesa o di sicurezza pubblica. Le fibre vengono instradate tramite passaggi diversi (non raggruppate) e viene rilevato un taglio o una disconnessione di una singola fibra. La commutazione ottica 2×2 reindirizza i segnali alla fibra di riserva.

In pratica, è possibile utilizzare qualsiasi combinazione delle configurazioni N+1 menzionate sopra (in contrapposizione a ciascuna individualmente). Ad esempio, un operatore di rete potrebbe voler distribuire una seconda fibra e un secondo ricevitore, ma non il transceiver. Tuttavia, meno ridondanze investe un operatore, maggiore è la probabilità di un guasto catastrofico. Alcuni hardware RFoF premium con switch ottici intelligenti possono reindirizzare in modo esperto le frequenze per adattarsi alle complessità della sostituzione di un singolo transceiver, amplificatore o switch. Ciò fornirà la protezione necessaria di questi sistemi in caso di taglio della fibra o guasto di un componente, senza la necessità di ridondanza su ogni componente.

In breve

Poiché una comunicazione fluida e ininterrotta è essenziale per l'innovazione e la sicurezza nazionale, la ridondanza N+1 nei sistemi RFoF offre una soluzione pragmatica per salvaguardare infrastrutture di telecomunicazioni critiche senza incorrere in costi proibitivi. Fornendo componenti di backup posizionati strategicamente, la ridondanza N+1 garantisce che le comunicazioni essenziali rimangano ininterrotte anche in caso di guasti di rete.

Questo approccio bilancia l'elevato costo della ridondanza completa e la necessità di un servizio affidabile e continuo, rendendolo una scelta ideale per le organizzazioni che non possono permettersi tempi di inattività ma devono anche gestire le risorse in modo efficiente. Nonostante la convinzione che l'hardware per le telecomunicazioni sia una commodity e una corsa al profitto, i gestori di sistemi basati su fibra dovrebbero lavorare con gli integratori più qualificati e i migliori prodotti RFoF per garantire una ridondanza N+1 conveniente.

Optical Zonu Migliora il suo sistema di gestione della rete

Optical Zonu ha potenziato il suo CloudView Network Management System (NMS) con funzionalità di rilevamento e localizzazione dei guasti in fibra per la sua soluzione di trasporto in fibra ottica ZONUConnect, dalla stazione radio base al sistema di antenne distribuite (DAS). Gli aggiornamenti offrono agli operatori di telecomunicazioni e alle aziende una maggiore visibilità sulle prestazioni della rete RF su fibra (RFoF), consentendo un rilevamento più rapido e preciso dei guasti in fibra. Ciò contribuisce a risolvere i problemi di rete in modo più efficace e a prevenire i tempi di inattività.

La piattaforma ZONUConnect incorpora un riflettometro micro-ottico proprietario nel dominio del tempo (uOTDR) nei suoi moduli collegabili, in grado di rilevare guasti in fibra entro pochi metri. Tuttavia, l'accesso e l'utilizzo dei dati uOTDR per la risoluzione dei problemi di rete non erano pienamente realizzati nel precedente NMS. Con gli ultimi aggiornamenti di CloudView NMS, gli operatori possono ora visualizzare una rappresentazione visiva del percorso in fibra su mappe del terreno, con dati OTDR sovrapposti al pannello di gestione. Ciò consente di individuare guasti in fibra ed eventi di riflessione con posizioni precise sulla mappa.

L'NMS ora visualizza anche eventi preventivi in ​​fibra, come imperfezioni del connettore o del pannello di permutazione, anziché solo rotture della fibra. Affrontare questi problemi è fondamentale per garantire l'affidabilità della rete RFoF, poiché anche piccole imperfezioni nei componenti possono causare perdite significative, equivalenti a un chilometro o più di fibra. L'identificazione e la correzione di queste imperfezioni aiuta a ridurre la perdita totale di fibra e migliora le prestazioni del collegamento BTS-DAS.

Per ulteriori informazioni, visitare Optical Zonu at opticalzonu.com.