549_Sovremennye_problemy_telekommunikatsij_

где gR =0.64510-13 м/Вт -удельный коэффициент усиления Рамана на длине волны 1.55мкм,Lэф =1/αк(1-е-αl) –эффективная длина ОВ,Pр(l) –мощность накачки, Аэф-эффективное сечение моды,αs –потери в ОВ на заданной длине волны,L-длина пролѐта.

Как следут из (1,2),GR фактически является коэффициентом передачи между входом и выходом ОВ. Найдѐм OSNR на выходе ПРУ (рисунок 1).При этом учитываем, что усилитель Рамана практически не шумит (то есть, его коэффициент шума FnR<=1),и шумы, в основном, определяются шумами ПРУ.

Здесь индексы означают: с-сигнал, п-помеха. Смысл остальных индексов ясен из рассмотрения рисунка 1.

Выражая величины Рп1 и Рпs согласно [1],получим:

где Fn1 –коэффициент шума ПРУ.

Из этого выражения видно, что OSNR на выходе ПРУ не зависит от его коэффициента усиления G1,но обратно пропорционально скорости передачи В.

Из (4) определим величину коэффициента передачи GR, которой соответствует требуемая величина OSNRт:

Кроме того, для восстановления мощности сигнала на выходе ПРУ, необходимо выполнить условие:

GRG1=С,

где С-постоянная. Например, при С=1,Рст1=Рсs.

Теперь из равенства (2) при заданной длине пролѐта l и известных параметрах ОВ, можно найти необходимую мощность накачки усилителя Рамана, соответствующую заданной скорости передачи В [2]:

(f=193.1ТГц),коэффициент шума ПРУ Fn1=4,величина Gs=100 (20дБ).Максимальная мощность оптического сигнала Рсs=1мВт. Потери αs=0.22дБ/км (0.05 1/км).

Решение. Для OTU-4 (B=120Гбит/с) из (7) найдѐм: Рс1>0.11мВт.Выбираем величину Рс1=1мВт,и из (6) находим: GR=1,236*10-3 .Положив величину Lэф=1/ αк =20км,из (8) определим: РР=0.6 Вт.При найденной величине GR определим коэффициент усиления, ПРУ, при котором на его выходе восстанавливается мощность сигнала Рсs :G1 =1/ GR =809 (29.1дБ).

Как видно из этого примера, при длине пролѐта l=200км коэффициент усиления G1 значительно меньше допустимых величин для линейных усилителей EDFA [3], поэтому, в принципе, достижима длина пролѐта порядка 250км при В=120ГГц.

3.Заключение

В данной работе предлагается методика расчѐта линейного тракта ВОСП-СПУ, при которой можно получить значительные длины пролѐтов (более 80км) при заданном значении величины OSNRт, не применяя линейные усилители.

141

Литература

1.Agrawal. G.P.Fiber optic Communication Systems /John Wiley.- New Jork,1997.

2.Агравал.Г.Нелинейная волоконная оптика.М.Мир. :1996,323с.

3.Заславский К.Е.Волоконно-оптические системы передачи со спектральным уплотнением:учебное пособие.Новосибирск,2005.136с.

Заславский Ким Ефимович,

к.т.н., Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики,

г.Новосибирск, e-mail: zaslavskyke@mail.ru

The possibility of increasing the span length in optical fiber transmission systems in cooperation amplifier EDFA and Raman. It is shown that, based on the specified values span length and required OSNRt can calculate the power of the pump laser, in which realizes a given span length.

142

Энергетические условия развертывания LR-PON

А.В. Игнатов

В статье проводится оценка энергетических условий развертывания современных пассивных оптических сетей. Исследования проведены методами изучения иностранной и отечественной литературы. Сделан приближѐнный расчет мощности источников сигнала, которые могут использоваться в оптических сетях. Статья составлена без разделов. В конце статьи представлена литература, использованная при подготовке.

Ключевые слова: оптические сети, стандарты PON, LR-PON, дальность передачи сигнала, затухание в оптическом волокне.

Начиная с 1995 года, ведущими мировыми операторами связи и провайдерами разрабатываются стандарты для технологии PON (Passive Optical Network - пассивная оптическая сеть), которые используются для реализации доступа пользователей к услугам triple-play (видео, голос, данные) . Сегодня появляются спецификации PON, выходящие за рамки разработанных стандартов. Одной из разновидностей PON является long-reach PON (LR-PON) – пассивная оптическая сеть большой дальности.

К PON относятся стандарты G.983.х и G.984.х международной организации ITU-T (International Telecommunications Union - Telecommunications standardization sector – сектор стандартизации телекоммуникаций Международного Союза Электросвязи), для базовых протоколов ATM и SDH, которые определяют спецификации Broadband PON (BPON) и Gigabit PON (GPON) соответственно. Еще одна разновидность PON – это Ethernet PON на основе протокола управления множеством узлов (Multi-Point Control Protocol – MPCP), стандарт IEEE 802.3ah разработанный институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers). [1]

В PON используются мощные приемо-передатчики, способные «пробить» более 100 км стандартного оптического волокна «по прямой». Однако все приведѐнные выше спецификации обладают одной общей характеристикой – максимальный радиус PON составляет не более 20 километров, даже при наилучших условиях развѐртывания сети. Это особенность напрямую связана с энергетическими условиями строительства PON. Если рассмотреть оборудование широкополосного доступа для оптических сетей, например, компании IMAQLIQ, то имеем:

-мощность передатчика +2 .. +7 дБмВт.;

-чувствительность приѐмника ≤-24 дБмВт.; [2]

Из этого, бюджет мощности составляет около 30 дБмВт. Коэффициент затухания современного оптического одномодового волокна на длине волны 1310 нм. не более 0.3 дБ/км, а на 1550 нм. – 0.22 дБ/км. Таким образом, действительно имеем размах сети, гораздо превышающий заявленный в спецификациях PON. Однако, оптические делители (сплиттеры), а также различные виды соединений волокна, вносят в так называемый бюджет потерь, дополнительные составляющие:

-коннектор – 0.5 дБ;

-точка сварки – 0.03 дБ;

-сплиттер 1:16 – 14.4 дБ; [2]

Поэтому, при развѐртывании сети доступа с ветвлениями, обеспечивающими подключение многочисленных пользователей, PON-деревья в глубину достигают обычно всего лишь 10-15 км. [1]

143

Сегодня ставится вопрос об увеличении территории развѐртывания сетей доступа, когда OLT (Optical Line Termination – оптический линейный терминал) находится на значительных (превышающих 20 км.) расстояниях от сплиттеров. К сетям, способным предоставлять услуги доступа на таком расстоянии, относятся LR-PON. Международные стандарты для таких сетей находятся сейчас в стадии разработки. [3]

Для увеличения дальности передачи сигнала планируется использовать более мощные усилители – компоненты технологии DWDM (dense wavelength-division multiplexing –

плотное спектральное уплотнение). Так, усилители DWDM семейства EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier – оптический усилитель на волокне, легированном эрбием) имеют возможность усиления оптического сигнала до 24 дБмВт. [4] EDFA включается в состав оборудования OLT.

Оборудованием усиления сигнала оснащаются также и другие компоненты PON – такие как ONU (Optical Network Unit – оптическое сетевое устройство) и, при необходимости, сплиттер (делитель оптического сигнала). Здесь используют оптические усилители SOA (Semiconductor Optical Amplifiers – полупроводниковые оптические усилители). Устройства с такими усилителями могу увеличивать мощность сигнала до 30 дБмВт. Недостатком SOA, по сравнению с EDFA является менее выгодное соотношение сигнал/шум, которое ниже на 6 дБмВт. [5]

На рисунке 1 представлены энергетические параметры устройств в LR-PON, применительно к нисходящему потоку. Бюджет мощности для сетевых устройств OLT - Сплиттер 1 - ONU 1(2) составляет более 30 дБмВт (с вычетом потерь на сплиттере). С учѐтом затухания оптического волокна (0,22 дБ/км) имеем теоретический размер зоны покрытия свыше 130 км. Реальный размер будет несколько ниже из-за потерь в точках сварки, соединениях коннекторами, а также потерь на сгибах волокна. Для обеспечения построения «многоступенчатого дерева» OLT - Сплиттер 1 – Сплиттер 2 - ONU 3(4,5) в сплиттер 1 устанавливается SOA, что позволяет компенсировать суммарное затухание сплиттеров 1,2. Бюджет мощности в этом случае позволяет развернуть сеть с радиусом более 100 км.

Рис. 1 Энергетическая схема нисходящего потока LR-PON

Для восходящего потока LR-PON, при установке в ONU усилителей SOA, расстояния в 100 км. не являются проблемой. Потери в сплиттере для этого случая незначительны, и бюджет мощности для ONU - сплиттер – OLT составляет более 40 дБмВт. Учитывая потери в волокне (на длине волны 1310 нм.) получаем радиус сети для восходящего потока также более 130 км.

144

Литература

1.Никишин И. Технологии UA.PON. топология построения GEPON сетей // MediaSat. 2013. № 04(75). С. 34-37.

2.Спецификация оптического интерфейса PON [Электронный ресурс]. URL:

http://pon.imaqliq.com (дата обращения 06.02.2015).

3. Ruffini M., Wosinska L., Achouche M., Chen J., Doran N., Farjady F., Montalvo J., Ossieur P., O’Sullivan B., Parsons N., Pfeiffer T., Qiu X.-Z., Raack C., Rohde H., Schiano M., Townsend P., Wessaly R., Yin X., Payne D.B.. DISCUS: An End-to-End Solution for Ubiquitous Broadband Optical Acc. // IEEE magazine. 2014. No. 2, Vol. 52. S. 24–32.

4.Оптимальные коммуникации [Электронный ресурс]. URL: http://www.oc.ru (дата обращения 07.02.2015).

5.Song B.H., Kim B.-W., Mukherjee B. Long-Reach Optical Access Networks: A Survey of

Research Challenges, Demonstrations, and Bandwidth Assignment Mechanisms // IEEE Communications Surveys & Tutorials. 2010. No. 1, Vol. 12. S. 112–123.

Игнатов Александр Владимирович

аспирант кафедры передачи дискретных сообщений и метрологии СибГУТИ, (630102, г. Новосибирск, ул. Кирова 86) тел. 8 914 602 7090, e-mail: igsascha@mail.ru.

Energy deployment conditions LR-PON

A. Ignatov

The article is devoted to the evaluation of energy deployment of modern passive optical networks. Researches were carried out by the methods of study of foreign and Russian literature. It was m ade an approximate calculation of power sources which can be used in optical networks. The article is compiled without any partitions. At the end of the article is presented the literature used in the preparation.

Keywords: optical Networks, the PON standards, LR-PON, the transmission distance of the signal attenuation in the optical fiber.

145

Понятия теории гиперсетей применительно к оптическим телекоммуникациям

Д.С. Матвеев

Теория гиперсетей предлагает набор изобразительных средств для математического описания сетей и структур, в частности, оптических (фотонных) сетей со спектральным разделением (WDM). Это открывает возможности создания алгоритмов, опирающихся на понятийный аппарат систем гиперсетей, что позволит эффектно решать задачи груминга и распределения длин волн (RWA) в фотонных сетях. Эффективность таких алгоритмов потребует отдельного доказательства.

Рассматривая WDM сеть, можно говорить о гиперсети вида S=(X, V, R, P, W). Следует определиться с соответствующими понятиями:

1)под первичной сетью PS = (X, V) удобно понимать совокупность ROADM, соединѐнных между собой оптоволоконными цепями;

2)под вторичной сетью WS (X, R) следует понимать транспондерные устройства и образованные ими волновые оптические тракты, трассируемые в сети PS;

Рассматривать простейшую перспективную архитектуру IPoWDM проще в терминах иерархических 2-гиперсетей S = (PS, PU, WS, F):

1. PS — граф оптических волокон, соединяющих ASON/GMPLS узлы; 2. PU — граф волновых трактов WDM сети, рѐбра PU трассируются в PS; 3. WS — граф IP потоков, трассирующихся в PU.

Учитывая, что IP-уровень сетевой архитектуры, в общем случае, можно считать полносвязным, для стационарной WDM системы необходимо обеспечить полносвязность соответствующей гиперсети. В перечисленных условиях, наиболее интересной становится задача распределения и определения необходимого количества длин волн (RWA) на ветвях графа PS, равного количеству рѐбер гиперсети, трассирующихся в соответствующих ветвях. Также, реальный практический интерес представляет задача синтеза фотонных сетей с минимальной стоимостью. Алгоритмы решения этих задач можно найти в литературе.

Реализация полносвязности гиперсети может быть затратной и невостребованной на IP уровне в отдельные промежутки времени. Нестационарность IP уровня, соответствует случайному графу WS, а для мультикастингового трафика граф WS следует обобщить до случайного ориентированного гиперграфа, гиперрѐбра которого соответствуют мультикастинговым сессиям. При этом, поддержка мультикастинга фотонным уровнем сети, потребует аналогичного обобщения графа PU.

Таким образом, формальный взгляд на WDM сети с точки зрения теории гиперграфов показывает возможность математического описания и математической интерпретации сугубо технических аспектов оптических телекоммуникаций.

Матвеев Денис Сергеевич

СибГУТИ, Новосибирск, e-mail: mdsmesos@ngs.ru

146

3. Особенности методики и подходов при реализации

В рамках работы были определены следующие методики и подходы:

1. Универсальность использования алгоритмов динамической маршрутизации.

2. Груминг для разных моментов времени.

3. Управление маршрутизацией.

4. Универсальность передаваемой информации.

5. Независимость метода от типа линейного интерфейса.

6. Выявление наиболее слабых участков.

В результате работы мы получили пример простого, универсального и понятного алгоритма груминга. Такой инструмент может выступить в качестве успешного примера новой универсальной реализации инновационного протокола маршрутизации на реальных сетях.

4. Выводы

Даже с таким пристальным внимаем, эта область все еще остается неизученной. Как показывают исследования, предложенные алгоритмы показывают результаты не хуже, чем зарубежные, а в некоторых ситуациях даже лучше. Но существенным их плюсом по сравнению с зарубежными аналогами является простота и удобство внедрения на реальные сети. Эти достоинства заставляют обратить пристальное внимание на алгоритмы, предложенные в данной работе и хорошим материалом для изучения на реальных сетях связи. Конечно, имеются некоторые трудности при использовании методов на практике, но при правильном задании условий они становятся доступными и позволяют решить основной вопрос на данный момент на сетях связи – оптимальное использование ресурсов в процессе эксплуатации.

Литература

1.Ahmed E. Kamal and Raza Ul-Mustafa Multicast Traffic Grooming in WDM Networks - U.S.A., 2011. 35 стр.

2.J Comb Optim On Ring Grooming in optical networks - U.S.A., 2007. 20 стр.

Савинов Василий Владимирович

аспирант СибГУТИ, СибГУТИ, отдел аспиранты (630102, Новосибирск, ул. Кирова, 86)

тел. 8-913-742-5232, e-mail: ToTem_90@mail.ru

Руководитель: Фокин Владимир Григорьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры МЭСиОС СибГУТИ (630102, г. Новосибирск, ул. Кирова, д. 86) тел. (383) 2-698-

252, e-mail: mesos@rambler.ru

Research methods of dynamic optimization of communication network's traffic

V.Savinov

There are a lot of problems in optimization of telecommunication network's loadind, which are known not only in our contry, but in all countries of the world. In the work are offered innovative application ideas for new algorithms in networks and a bright example of their functioning.

Keywords: optimization methods, algorithms of optimum rings, grooming.

148

Новые области применения методов логистики

В. В. Савинов

Рассмотрены наиболее точные и универсальные методы логистики, применяемы в сфере телекоммуникационных сетей. Приведены основные их алгоритмы, а также результаты практического исследования. Произведено сравнение классических методов связи и логистических алгоритмов.

Ключевые слова: методы логистики, оптимальные маршруты, алгоритмы доставки сообщений.

1. Актуальность

Специалистам уже давно известны стандартные задачи построения оптимального пути доставки грузов, которые широко применяются в экономике [1]. Никого не удивишь оптимизацией того или иного метода, но мало кто пытался их применить и на другие отрасли. Если задуматься, то в сетях связи передаются сообщения в виде кадров или пакетов. А по сути это те же контейнеры с товаров, которые доставляются в несколько пунктов, полоса пропускания – это максимальный объѐм загрузки машины, а время передачи

– время доставки сообщения. Благодаря такому подходу разница между передачей сообщений в сетях связи и доставки грузов в экономике практически не ощущается. Но если они так похожи, встает вопрос, а применимы ли методы логистики на реальные телекоммуникационные сети?

На практике же оказывается, что эти методы не только применимы, но и показывают достаточно высокие результаты, позволяя решать задачи статистической и динамической маршрутизации, которая в последние годы становится основным объектом изучения многих ученых. Поэтому необходимо исследование нескольких методов, которые выбираются из соотношения: точность – вычислительные возможности. Точность всегда важна, но главное помнить, чем выше точность метода, тем больших вычислительных возможностей он требует. А это в свое очередь накладывает некоторые ограничения

2. Постановка задачи на адаптацию методов логистики в телекоммуникационные сети

В процессе написания работы были изучены методы логистической доставки грузов, нахождение оптимальных путей и решения задач доставки грузов. Все эти методы были применены на сети передачи данных. Но возникли следующие задачи, которые были успешно решены:

-приведение понятийной базы экономики к терминологии связи;

-адаптация параметров в другую отрасль;

-постановка задачи с точки зрения телекоммуникаций, а не экономической;

-адаптация алгоритмов вычисления;

-интерпретация результатов с точки зрения связи;

-сравнение результатов с классическими методами оптимизации сетей.

149

3.Особенности методики и подходов при реализации

Врамках работы были определены следующие методики и подходы: 1. Универсальность методов логистики на практике.

2. Интеграция новых методов в маршрутизацию данных.

3. Приведение критериев в сферу связи.

4. Введение границ применимости тех или иных методов логистики. 5. Программный вывод информации.

Врезультате работы получен пример того, как можно легко использовать метод оптимизации из другой сферы в области связи. Получены достаточно точные результаты и высокие показатели эффективности работы методов.

4.Выводы

Как видно из работы, даже простые методы позволяют получить результаты высокого уровня, легко интегрируются и позволяют получить весомую экономическую отдачу от имеющихся сетей телекоммуникации. По полученным результатам можно говорить о высокой точности маршрутов и оптимизации колец, которые получены применением методов логистики. В данном разрезе, можно сказать, старые алгоритмы, приведенные, к примеру, в «Методы оптимизации в примерах и задачах» Пантелеевой А.В. и Летовой Т.А., получают вторую жизнь в совершенно новой области[2]. Это, несомненно, привлечет провайдеров и позволит развивать методы логистики не только в экономике, то и в других сферах нашей жизни, особенно в телекоммуникациях.

Литература

1.Новиков Ф.А. Дискретная математика для программистов: Учебник для вузов. 3- е изд.

-СПб.: Питер, 2009. 384 с.

2.Пантелеев А.В., Летова Т.А. Методы оптимизации в примерах и задачах – М.: Высш.

шк., 2005. 544 с.

Савинов Василий Владимирович

аспирант СибГУТИ, СибГУТИ, отдел аспиранты (630102, Новосибирск, ул. Кирова, 86)

тел. 8-913-742-5232, e-mail: ToTem_90@mail.ru

Руководитель: Фокин Владимир Григорьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры МЭСиОС СибГУТИ (630102, г. Новосибирск, ул. Кирова, д. 86) тел. (383) 2-698- 252, e-mail: mesos@rambler.ru

New scopes of logistic methods

V. Savinov

The most exact and universal methods of logistics are considered, applied in the sphere of telecommunication networks. Their main algorithms, and also results of practical research are given. Comparing of classical methods of communication and logistic algorithms is made.

Keywords: logistics methods, optimum routes, algorithms of delivery of messages.

150