Zoals gezien in Microwave Product Digest

De essentiële rol van N+1-redundantie in RF-over-glasvezelcommunicatiesystemen

door Meir Bartur, CEO, Optical Zonu

Het vermogen om over lange afstanden te communiceren is cruciaal sinds het begin van de moderne beschaving. De communicatie van vandaag de dag is echter nog nooit zo geavanceerd en cruciaal geweest voor innovatie en nationale veiligheid. Tussen 24/7 datacenters die routinematig exabytes aan data van en naar de cloud verzenden, de groei van hoogfrequente (en gemakkelijk te verstoren) militaire communicatie, evenals openbare veiligheidsradiosystemen, kan de telecominfrastructuur zich geen nanoseconden downtime veroorloven zonder data en operaties ernstig in gevaar te brengen.

Dit is de reden waarom bedrijven en overheidsorganisaties het zich alleen kunnen veroorloven om een ​​bepaald type netwerkredundantie te implementeren in radiofrequentie over glasvezel (RFoF)-systemen. Bescherming tegen een enkelvoudig punt van falen kan worden bereikt door duplicatie, maar het is duur, herstel is niet noodzakelijkerwijs automatisch en operationele complexiteiten maken het onpraktisch. Waar volledige of zelfs halve redundantie economisch gezien niet haalbaar is voor de meeste organisaties, is N+1-redundantie misschien wel de meest efficiënte en redelijke manier om communicatiesystemen te beschermen.

Wat is RFoF en waarom vermijden organisaties redundanties?

RFoF is doorgaans het antwoord op de uitdaging van een netwerkoperator om snel en veerkrachtig transport van RF-signalen over lange afstanden te bieden op een manier die traditionele telecominfrastructuur niet kan ondersteunen. Het is een technologie die RF-signalen over glasvezelkabels verzendt in plaats van coaxkabels. Deze methode maakt gebruik van de voordelen van glasvezel, zoals laag signaalverlies, hoge bandbreedte en immuniteit voor elektromagnetische interferentie om RF-signalen over lange afstanden te transporteren met minimale degradatie.

Deze hardwarecomponenten, die vaak directe modulatielaserdiodes, fotodetectoren, geïntegreerde versterkers, vezels, zenders, ontvangers en optische schakelaars omvatten, kunnen echter kostbaar zijn. Dit geldt met name voor Ku- en Ka-banden en andere toepassingen met hoge frequenties. Het feit dat de meeste RFoF-links de tand des tijds doorstaan ​​zonder enige tussenkomst (d.w.z. zeer betrouwbaar zijn), is de reden waarom de meeste instellingen niet investeren in redundantie. Maar elk bedrijfskritisch bedrijf zou ten minste één back-up moeten hebben, omdat de downtime door problemen die kunnen optreden aanzienlijk en kostbaar kan zijn. N+1-redundantie die signaalschakeling vereist, wordt zeer aantrekkelijk om systeemback-up te bieden en de stijgende kosten van RFoF-hardware met hoge frequentie op de juiste manier te beheren.

N+1-redundantie en de verschillende configuraties ervan

N+1-redundantie verwijst naar een systeem waarin meerdere primaire componenten (de "N"-componenten) worden ondersteund door een enkel extra component (de "+1"-component) die als reserve dient. Deze aanpak verbetert de betrouwbaarheid en beschikbaarheid van het systeem door ervoor te zorgen dat als een van de primaire componenten uitvalt, de back-up het kan overnemen zonder de service te onderbreken. Dit verschilt enorm van 2N-redundantie, die een spiegelbeeldback-up van het linknetwerk creëert om ervoor te zorgen dat elke link en component een vervanging heeft. Met 2N-redundantie investeert u in feite in twee RFoF-netwerken, maar gebruikt u er maar één. Voorbeelden van het volledige redundantiespectrum zijn te vinden in de referentie aan het einde van dit artikel.

Er zijn meerdere manieren om N+1-redundantie te configureren tegen verschillende kosten, en elke configuratie is zinvol voor verschillende toepassingen. Een operator kan ervoor kiezen om een ​​back-up toe te voegen aan een volledige communicatielink of alleen aan bepaalde componenten die een link vormen, zoals optische transceivers, switches, versterkers en extra glasvezel. Om N+1-redundantie te gebruiken, moeten de systeemcomponenten eerst in staat zijn om storingen in specifieke gebieden te detecteren, zoals een ontbrekend optisch signaal, een gebrek aan RF-vermogen of een systeemalarm met betrekking tot componentfunctionaliteit.

Dit komt omdat het onmogelijk zou zijn om de componenten om het punt van falen heen te leiden zonder dat niveau van precisie. De techniek om op een punt van falen om te leiden heet bypass switching, waarbij een 2×2 optische switch wordt gebruikt om het signaal naar het reservecomponent op een back-upkanaal te transporteren en terug te keren naar de juiste route. De verschillende configuraties worden hieronder beschreven:

Transceiver N+1 Redundantie: In deze configuratie (Figuur 1), zijn er meerdere RFoF-transceivers (N) actief, die elk RF-signalen omzetten in optische signalen voor transmissie via glasvezel. Een enkele back-uptransceiver (+1) staat in stand-by als een van de primaire transceivers uitvalt, en dan neemt de back-up het automatisch over. Defecte transmitters worden meestal gedetecteerd door systeemelektronica, zoals onjuiste laserbias, stroomverbruik, enz. Dit wordt vaak gebruikt wanneer meerdere RF-bronnen, zoals gedistribueerde antennesystemen (DAS) of omroep, via glasvezel moeten worden verzonden.

Ontvanger N+1 Redundantie: Deze configuratie (Figuur 2) omvat meerdere RFoF-ontvangers (N) die de optische signalen op de bestemming terug omzetten in RF-signalen, met één back-upontvanger (+1) die beschikbaar is om een ​​defecte ontvanger te vervangen. Net als de transceivers worden defecte ontvangers ook gedetecteerd door de elektronica van het systeem. Dit type redundantie is het meest nuttig wanneer RF-signalen op veel verschillende locaties worden ontvangen, waaronder grootschalige communicatiehubs of satellietgrondstations.

Link N+1 Redundantie: In dit geval dragen meerdere optische vezelverbindingen (N) bidirectionele RF-signalen over elke vezel (bijvoorbeeld naar meerdere antennes) tussen de ene locatie en de andere, met één extra vezelverbinding gereserveerd als back-up. Dit komt vaak voor in kritieke communicatienetwerken waar continue werking essentieel is en de kans op vezelschade een kritieke verbinding kan verstoren, zoals lucht- en ruimtevaart- en defensie- of openbare veiligheidsnetwerken. De vezels worden via verschillende doorgangen gerouteerd (niet gebundeld) en een snede of ontkoppeling van een enkele vezel wordt gedetecteerd. De 2×2 optische schakeling leidt de signalen om naar de reservevezel.

In de praktijk kan elke combinatie van de hierboven genoemde N+1-configuraties (in tegenstelling tot elk afzonderlijk) worden gebruikt. Een netwerkoperator wil bijvoorbeeld een tweede glasvezel en ontvanger implementeren, maar niet de transceiver. Hoe minder redundanties een operator echter investeert, hoe groter de kans op catastrofale storingen. Bepaalde premium RFoF-hardware met slimme optische switches kan frequenties vakkundig omleiden om zich aan te passen aan de complexiteit van het vervangen van slechts één transceiver, versterker of switch. Dit biedt de nodige bescherming van deze systemen in het geval van een glasvezelbreuk of componentstoring, zonder dat redundantie bij elk component nodig is.

Samenvatting

Omdat naadloze en ononderbroken communicatie essentieel is voor innovatie en nationale veiligheid, biedt N+1-redundantie in RFoF-systemen een pragmatische oplossing voor het beschermen van kritieke telecominfrastructuur zonder prohibitieve kosten te maken. Door strategisch geplaatste back-upcomponenten te bieden, zorgt N+1-redundantie ervoor dat essentiële communicatie ononderbroken blijft, zelfs bij netwerkstoringen.

Deze aanpak brengt de hoge kosten van volledige redundantie in evenwicht met de behoefte aan betrouwbare, continue service, waardoor het een ideale keuze is voor organisaties die zich geen downtime kunnen veroorloven, maar ook efficiënt met resources moeten omgaan. Ondanks het geloof dat telecomhardware een commodity is en een race naar de bottom line, zouden beheerders van glasvezelsystemen moeten samenwerken met de meest bekwame integrators en de beste RFoF-producten om kosteneffectieve N+1-redundantie te garanderen.

Optical Zonu Verbetert zijn netwerkbeheersysteem

Optical Zonu heeft zijn CloudView Network Management System (NMS) uitgebreid met mogelijkheden voor detectie en lokalisatie van glasvezelstoringen voor zijn ZONUConnect-oplossing voor glasvezeltransport tussen basiszendstation en gedistribueerd antennesysteem (DAS). De updates bieden telecomoperators en bedrijven meer inzicht in de prestaties van RF over Fiber (RFoF)-netwerken, waardoor glasvezelstoringen sneller en nauwkeuriger kunnen worden opgespoord. Dit helpt om netwerkproblemen effectiever aan te pakken en downtime te voorkomen.

Het ZONUConnect-platform integreert een gepatenteerde micro-optische time domain reflectometer (uOTDR) in zijn pluggable modules, die glasvezelstoringen binnen een paar meter kan detecteren. Toegang tot en gebruik van uOTDR-gegevens voor het oplossen van netwerkproblemen werd echter niet volledig gerealiseerd in de vorige NMS. Met de nieuwste CloudView NMS-upgrades kunnen operators nu een visuele weergave van het glasvezelpad bekijken op terreinkaarten, met OTDR-gegevens over het beheerpaneel heen. Dit maakt het mogelijk om glasvezelstoringen en reflectiegebeurtenissen te lokaliseren met precieze kaartlocaties.

De NMS visualiseert nu ook preventieve fibergebeurtenissen, zoals connector- of patchpaneelonvolkomenheden, in plaats van alleen fiberbreuken. Het aanpakken van deze problemen is cruciaal voor het garanderen van de betrouwbaarheid van het RFoF-netwerk, aangezien zelfs kleine onvolkomenheden in componenten aanzienlijk verlies kunnen veroorzaken, gelijk aan een kilometer of meer fiber. Het identificeren en corrigeren van deze onvolkomenheden helpt het totale fiberverlies te verminderen en verbetert de BTS-naar-DAS-linkprestaties.

Voor meer informatie, bezoek Optical Zonu at opticalzonu.com.