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Sep 08, 2023

STF Mag 特集: ハイパースケーラーの台頭により海底光ケーブルのテストの重要性が高まる

Come pubblicato nel numero di settembre di SubTel Forum Magazine All'ultimo conteggio;

SubTel Forum Magazine 9 月号に掲載

TeleGeography によると、最終的に数えたところ、海底ケーブルは世界中で 130 万キロメートル以上にわたって 436 本あると推定されています。 これらのケーブルは、世界のデータの 97% ～ 99% を伝送するため、私たちが通信し、情報を収集する方法に不可欠です。 適切な導入と運用を確保し、障害を効率的に特定して修復するには、高度なテスト ソリューションとプロセスを組み込む必要があります。

海底ケーブルを介した伝送の維持は、人々の生活以外にも大きな影響を与えます。 それは経済的に大きな影響を及ぼします。 世界の海底ケーブルシステム市場は、2021年の144億ドルから今年末までに161億5000万ドルに成長すると予想されている。 Research and Markets によると、成長は続き、2026 年までに 227 億ドルに達するとのことです。

図 1: 海底ケーブルは、世界中の海底を 130 万キロメートル以上にわたって伸びています。 画像提供：TeleGeography

この成長には主に 2 つの要因があります。

COVID-19（新型コロナウイルス感染症 – 世界的なパンデミックは人々の生活様式を変えました。 リモート作業環境は当面続くと予想されており、ビデオ会議やその他のストリーミング技術に対する需要が増加します。

ハイパースケーラー – おそらく、海底光ケーブルの導入が増加している大きな理由は、ハイパースケール データセンターの流入です。 このような施設は、主要なサービスを世界中に提供するために世界的なテクノロジー企業によって使用されています。 ハイパースケール データ センターは、5,000 台を超えるサーバーを備え、10,000 平方フィートを占有し、グリーンフィールド アプリケーションの均質なスケールアウトのための柔軟なアーキテクチャを備えたデータ センターとして定義されます。 図 2 は、Synergy Research Group によるハイパースケール データセンターの成長予測を示しています。

図 2: ハイパースケール データセンターは、今後 10 年間の海底ケーブルの主要な成長要因となるでしょう。

ハイパースケール データ センターがその理由であり、Google、Meta、Microsoft、Amazon は海底ケーブル市場の著名なプレーヤーです。 各社とも新しい海底ケーブルに多額の投資を行っている。 実際、ハイパースケーラーなどのプライベート ネットワーク オペレーターが展開するキャパシティは、従来のインターネット バックボーン オペレーターを上回っています。 2024 年までに、このグループは南極を除くすべての大陸を接続する 40 本以上の長距離ケーブルを所有する予定です。

海底ケーブルを理解する

このような投資には、同様に高い期待が伴います。 海底ケーブルには、深さ 3 キロメートル (km) を超える海底にケーブルを落とす前にテストする必要があるさまざまな要素が統合されています (図 3)。 適切なデータ伝送を確保し、ネットワークが重要業績評価指標 (KPI) を満たしていることを確認するために、ケーブルの監視も行う必要があります。 検証は以下について行う必要があります。

図 3: 潜水艦システムの主要コンポーネント。

設置と運用の保証

平均して、年間 100 本以上の海底ケーブルが破損しています。 多くは漁船が錨を引く際に偶発的に引き起こされます。 しかし、海底ケーブルを介して送信されるトラフィックの重要性が高まっていることを考えると、ケーブルに損傷を与える不正行為が行われるのではないかという懸念も高まっています。

ネットワーク事業者は、海底ケーブルの敷設や修理のためにケーブル船を配備します。 平均すると、深海ケーブルの増加に対応するために、これらの深海船は毎年 1 隻が就役しています。 海底ケーブルの敷設を担当する船のエンジニアは、多くの課題に直面しています。 例としては、すべてのインストール要件を理解し、インストールのための特定のパラメータを把握することが含まれます。 コヒーレント光タイムドメイン反射計（C-OTDR）およびOTDR測定は、ケーブルの適切な敷設を保証する主な方法であり、ケーブルの動作を監視し、障害発生時に正確に位置を特定します。

C-OTDR の利点

C-OTDR は、光海底ネットワークを正確に測定して特性評価するのに最適な機器です。 10 メートル (m) 以内の故障箇所を正確に特定します。 これは、OTDR と同じ基本原則に基づいて機能します。 ただし、EDFA は順方向にのみ増幅し、一方向のコンポーネントを使用するため、従来の OTDR テクノロジーは実行可能なオプションではありません。 その結果、光ケーブルの測定に不可欠な後方散乱光は、元の経路を通って戻ることができなくなります。

このシナリオを相殺するために、設置および計画されているシステムの大部分には、EDFA エンクロージャ内に前述の光フィードバック パスが含まれています。 後方散乱光はこの経路を使用して C-OTDR に戻り、C-OTDR が OTDR 原理を使用して海底ケーブルを監視できるようになります。 2 つの中継器は、テスト目的でも通常 40 km から 90 km の長さの光ファイバーで接続されています。

C-OTDR には、調整可能な狭い波長で送信する機能も追加されているため、この機器は DWDM ネットワーク内の実際のトラフィックと並行してライブ ネットワークで使用されます。 測定を行うために、C-OTDR は 2 つのパルスを送信します。通常、どちらのパルスも干渉を最小限に抑えるために、実際の交通からできるだけ遠くに配置されます。 プローブ パルスは DWDM チャネルに送信され、ダミー パルスは一般にプローブ パルスに隣接する 2 番目のチャネルを占有します。 EDFA の自動利得制御システムのため、ダミー パルスが必要です。

ライブ システムでは、EDFA への入力は複数のチャネルにわたって一定の電力レベルです。 C-OTDR を使用したテストは、多くの場合、トラフィックのない (別名「点灯していない」) システムでも完了します。 消灯システムでテストする場合、C-OTDR のパルス電力の性質により、EDFA ゲイン コントロールは安定した出力を維持できません。 これを補償するために、C-OTDR は 2 つのチャネルにパルスを出力し、EDFA への一定の入力レベルを確保します。 テストパルスは短期間生成され、ロードパルスは指定された時間の残りの間オンになります。 2 つの比率は、C-OTDR で選択されたパルス幅をテストすることによって決定されます。

C-OTDR の受信側には、標準の OTDR に対していくつかの機能強化があります。

コヒーレント検出が必要なのは、海底ネットワークが DWDM 波長へのパワー レベルを高める多くの光アンプで構成されているためです。 また、増幅自然騒音 (ASE) レベルも増加します。 各アンプが ASE レベルを上げると、コヒーレント検出方式により、通常はノイズ内またはノイズの下に「隠れる」信号を C-OTDR が検出できるようになります。

あらゆる深さでのより正確な断層位置

C-OTDR は、あらゆる長さの海底ネットワーク上で正確な障害位置を特定できるため、海底ケーブルには不可欠です。 多くの従来の OTDR のデータ ポイント分解能は、通常、機器の km 範囲設定に基づいています。 たとえば、50,000 データ ポイントを持つ OTDR は範囲設定の影響を受けます。 海底ケーブルの距離は地上ネットワークよりも数桁長いため、これは海底ネットワークにとって重大な問題です。

C-OTDR は 120 万のデータ ポイントで設計されており、距離範囲の設定に応じてポイントの数が自動的に減ります。 後者の機能にはいくつかの利点があります。

120 万の各データ ポイント サンプルは、トレースが C-OTDR 画面に表示される前に、時間の経過とともに平均化されます。 12,000 km 未満の範囲設定を選択すると、平均化されるデータ ポイントの数が少なくなるため、より高速な処理が実現します。

より少ないデータ ポイントで C-OTDR を使用すると、長いリンクを測定する必要がある場合に悪影響を及ぼす可能性があります。 たとえば、C-OTDR の最大データ ポイントが 10,000 で、範囲が 8,000 km に設定されている場合、800 m のデータ ポイントの不正確さが生じます。 図 4 に見られるように、不正確さにより、ファイバ端の障害を特定する際に大幅な遅延が発生する可能性があります。 その結果、ネットワークがダウンしたり、長期間にわたって標準以下のレベルで動作したりすることになります。 ネットワークへの価値と投資を考慮すると、このようなシナリオでは財務上の影響が天文学的なものになる可能性があります。

図 4: C-OTDR データポイントの分解能は測定精度に影響します。

信号電力測定の重要性

異なる波長の複数のレーザー信号 (最大 160 以上) が海底ケーブルで多重化されます。 海底光ケーブルの動作を保証するには、これらの信号のパワーを正確にテストする必要があります。 電力が低すぎると、信号は相手側で受信されません。 高すぎると、信号が伝送装置を破損する可能性があります。

光スペクトラム アナライザ (OSA) は、テスト対象の信号の光パワーを表示する機器です。 OSA は、正確なノイズ パワー測定のために光信号対ノイズ比 (OSNR) を実施します。 オン/オフ測定方法は、海底光ケーブルで最も効果的です。 各チャネルをオフにすることで偏波多重信号の OSNR 解析が可能になるため、IEC61282-12 に従って各チャネルのノイズ電力を個別に測定できます。

海底ケーブルの敷設中、OSA は追加の測定にも使用されます。 アナライザが実行するその他のテストには、チャネル波長、ゲインチルト (各チャネルパワーの平坦性)、スペクトル幅などがあります。

結論

ハイパースケール データセンターの成長に伴い、グローバル ネットワークにおける海底ケーブルの重要性が高まっています。 新しいケーブルの適切な導入と継続的な運用を確保するために、新世代の C-OTDR および OSA が開発されました。 これらにより、非常に正確な距離測定と、海底光ケーブル内の光イベントの完全な特性評価が可能になります。 C-OTDR のコヒーレント テクノロジーと海底ケーブル光フィードバック パスにより、数千 km のファイバを迅速かつ効率的に特性評価できるようになり、障害修復という高価なタスクを可能な限り迅速かつ効率的に完了できるようになります。

Shu Zhuang は、アンリツ カンパニーのシニア プロダクト マーケティング マネージャーです。 彼女は、製品マーケティング、プリセールス、グローバル ネットワーク設計、システム設計エンジニアリング、およびシステム検証の役割において 20 年以上の経験があります。 彼女はスティーブンス工科大学で電気およびコンピュータ工学の MBA を取得しています。

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