l_472_12078122

км, а також невелика дисперсія, що дає змогу будувати ділянки ліній без ретрансляції протяжністю до 100 км і більше;

•висока захищеність від несанкціонованого доступу

завдяки тому, що ВОК практично не має випромінювання в радіодіапазоні, а тому важко «прослухати» інформацію, що передаєтться, не порушуючи прийому/передавання;

•гальванічна розв'язка елементів мережі обумовлена ізолювальною властивістю волокна. Це унеможливлює виникнення електричних «земельних» петель (наприклад, коли два мережевих пристрої неізольованої мережі, пов'язані мідним кабелем, мають заземлення в різних точках будівлі, виникає різниця потенціалів, здатна пошкодити мережеве обладнання);

•пожежобезпечність особливо важливою є для обслуговування технологічних процесів підвищеного ризику (на хімічних, нафтопереробних підприємствах);

•мала вага й обсяг у порівнянні з мідним кабелем у розрахунку на одну й ту ж пропускну здатність.

Щільне хвильове мультиплексування DWDM

Найважливішим параметром у технології щільного хвильового мультиплексування (Dense Wavelength Division Multiplexing, DWDM) є мала відстань між сусідніми каналами

– від 3,2 до 0,4 нм.

331

Мультиплексори DWDM розраховано на роботу з великою кількістю каналів (32 і більше). Типову схему мультиплексора DWDM/демультиплексора наведено на рисунку 9.11.

λλ33 λ4

Дифракційна структура на основі масива хвилеводів

Рисунок 9.11. DWDM мультиплексор

Розглянемо роботу DWDM мультиплексора в режимі демультиплексування. Надісланий мультиплексний сигнал потрапляє на вхідний порт. Потім проходить через хвилевідпластину й розподіляється по хвилеводах, які формують дифракційних структуру. У кожному з хвилеводів дифракційної структури сигнал, як і раніше, залишається мультиплексний. Далі відбувається відбиття сигналів від дзеркальної поверхні, нарешті світлові потоки знову збираються в хвилеводі-пластині, де відбувається їх фокусування та інтерференція, – утворюються просторово рознесені інтерференційні максимуми інтенсивності, які відповідають різним каналам. Геометрія хвилеводу-пластини, зокрема розташування вихідних полюсів, і довжини

332

хвилеводів дифракційної структури розраховано таким чином, щоб інтерференційні максимуми збігалися з вихідними полюсами. Мультиплексування відбувається в зворотній послідовності.

Разом з пристроями DWDM, у яких мультиплексуються/ демультиплексуються відразу всі канали, впроваджують також нові пристрої, які не мають аналогів у системах WDM і працюють у режимі долучення або вилучення одного та більше каналів основного мультиплексного потоку. У зв’язку з тим, що вихідні порти демультиплексора закріплено за певною довжиною хвиль, говорять, що такий пристрій здійснює пасивну маршрутизацію по довжинах хвиль.

DWDM мультиплексори є пасивними пристроями, і вносять велике загасання в сигнал, а тому виникає необхідність налаштування оптичного підсилювача EDFA перед і/або після DWDM мультиплексора.

Для проведення тестів на взаємну сумісність обладнання різних виробників необхідною є стандартизація просторового розташування каналів у волокні.

Сектор зі стандартизації телекомунікацій ITU-T затвердив частотний план DWDM з відстанню між сусідніми каналами 100 ГГц (0,8 нм). Рівномірний розподіл каналів дає змогу оптимізувати роботу хвильових конвертерів, переналаштовуваних лазерів та інших пристроїв AON.

Сітка 100 ГГц забезпечує можливість організувати ефективне передавання цифрових потоків у каналах на швидкостях 2,4 Гбіт/с (STM-16) (рис. 9.12 а) і 10 Гбіт/с (STМ64) (рис.9.12 б).

333

У даний час ITU-T розглядають питання про ухвалення частотного плану з іще меншою відстанню між каналами – 50 ГГц ( λ ≈ 0,4 нм). Цю сітку поки що не стандартизовано. Мультиплексування каналів STM-64 з інтервалом 50 ГГц є недопустимим, оскільки виникає перекриття спектрів сусідніх каналів (див.: рис. 9.12 б)

а)

б)

Рисунок 9.12. Спектральне розміщення каналів у волокні

Фотонні технології та обладнання оптичних мереж

Технології оптичних мереж (All-optical Network, AON)

визначають клас мереж, функціонування яких забезпечують не електронні або оптико-електронні, а тільки оптичні елементи.

Оптичні мережі AON претендують на роль основної мережевої технології, здатної гарантувати надзвичайні швидкості передавання цифрових потоків, як для наявних, так і для майбутніх мережевих інформаційних застосовань. ITU-T

334

в Рекомендації G.709 визначено оптичну транспортну ієрархію (Optical Transport Hierarchy, OTH), яка забезпечує наступні швидкості передавання трафіку: 2.5, 10, 40 Гбіт/с.

Більшість оптичних комунікаційних пристроїв і елементів, застосованих у AON, використовують цифрове передавання сигналу з модуляцією інтенсивності мережевого променя, коли бінарній одиниці відповідає передавання світла великої інтенсивності, а бінарному нулю – передавання світла малої інтенсивності.

На рис. 9.13 наведено типову схему зв'язку з використанням волоконно-оптичної лінії зв'язку, яка реалізує топологію «точка-точка».

Рисунок 9.13. Типова схема ВОЛЗ

Оптичний передавач забезпечує перетворення вхідного електричного цифрового сигналу у вихідний світловий (цифровий) сигнал. Оптичний випромінювач «вмикається» та «вимикається» відповідно до надісланого двійкового потоку електричного сигналу. Для цього використовують інфрачервоні світловипромінювальні діоди або лазери (лазерні діоди). Світлодіоди розраховано на великий діаметр серцевини волокна (багатомодові волокна), а лазери більш придатні для передавання сигналу по одномодовому волокні. Типові значення спектральної смуги випромінювання становлять для світлодіодів від 20 до 100 нм, для одномодових лазерних

335

діодів – 0,1 нм. Споживана потужність для світлодіодів – близько 10 мВт, для лазерних діодів – близько 1 мВт.

Оптичний приймач забезпечує зворотне перетворення вхідних оптичних імпульсів у вихідні імпульси електричного струму. У якості основного елементу оптичного приймача використовують так звані лавинні фотодіоди, які мають дуже малу інерційність.

Повторювач складається з оптичного приймача, електронного підсилювача й оптичного передавача. Повторювачі призначено для посилення ослаблого в процесі поширення на велику відстань оптичного сигналу, а також для відновлення фронтів імпульсів.

Повторювач, відповідно до стандарту передавання, може працювати в синхронному або асинхронному режимах.

Усинхронному режимі приймальний пристрій повторювача регулярно приймає синхроімпульси, за якими налаштовує свій таймер, який задає частоту для подальшого передавання. У лінії при цьому підтримується безперервний бітовий потік. До передавальної послідовності повторювач додає синхроімпульси для синхронізації наступної ділянки.

Уасинхронному режимі інформація, яка передається, організується в пакети даних. Кожному пакету передує службова група бітів – преамбула, яка синхронізує приймальний пристрій. До прийому преамбули приймальний пристрій перебуває в режимі очікування.

Повторювач, який повністю відновлює початкову форму оптичного сигналу, називають регенератором.

Оптичний підсилювач не здійснює оптико-

електронного перетворення, як це роблять повторювачі або

336

регенератори. Він, використовуючи спеціальні активні середовища й лазери накачування, безпосередньо підсилює прохідний оптичний сигнал, завдяки індукованому випромінювання. Таким чином, підсилювач не має функцій відновлення скважності імпульсів. Однак є дві причини, які переконують у доцільності застосування підсилювачів:

•якість сигналу, переданого по оптичному волокні, залишається дуже високою у зв’язку з малою дисперсією та затуханням;

•підсилювач є більш універсальним пристроєм, оскільки він (на відміну від повторювача) не залежить від стандарту передавання сигналу.

За останнім на відміну від регенераторів, підсилювачі забезпечують "прозоре" підсилення, що дає змогу передавати інформацію на більш високих швидкостях і збільшувати пропускну здатність лінії до тих пір, поки не активізуються інші обмежувальні фактори (наприклад, поляризована модова дисперсія). Застосування ж регенераторів не дозволяє збільшувати пропускну здатність ліній.

Підсилювачі також забезпечують підсилення багатоканальних (мультиплексних) сигналів, скорочуючи тим самим кількість дорогих електронних регенераторів на протяжній лінії оптичного зв’язку.

Але, на відміну від регенераторів, у підсилювачів виникає додатковий шум, що необхідно враховувати.

У AON популярними стали кремнієво-ербієві підсилювачі (Erbium Doped Fiber Amplifier, EDFA), у яких

337

застосовано кремнієве волокно, леговане ербієм, і лазер накачування з довжиною хвилі 980 або 1480 нм. Особливості роботи підсилювача залежать від типу домішок та від діапазону довжин хвиль, у межах якого він повинен підсилювати сигнал. У EDFA найбільш широка зона посилення – від 15030 до 1560 нм – досягається за оптимальної довжини хвилі накачування лазера 980 нм. Коефіцієнт посилення сигналу залежить від його вхідної амплітуди та довжини хвилі. Якщо вхідні сигнали не потужні, то амплітуда вихідного сигналу лінійно зростає залежно від зростання вхідного сигналу, а коефіцієнт підсилення набуває при цьому свого максимального значення. Якщо вхідний сигнал–значний, то сигнал на виході стає ще потужнішим, що призводить до зниження коефіцієнта підсилення. Працюючи в діапазоні від 1535 до 1560 нм, вони можуть забезпечувати підсилення вхідного сигналу на 30 – 35 дБ.

Існують два різновиди підсилювачів EDFA з домішковим волокном: на кремнієвій основі та на фторцирконатній основі. Ці підсилювачі мають дуже подібну внутрішню будову, відрізняються тільки заготівковим волокном.

Характерним для всіх оптичних підсилювачів, як вже зазначалося, є широкосмуговий власний шум. Виникнення цього шуму, уникнути якого неможливо, зумовлено спонтанним випромінюванням інверсно-заселених рівнів на домішкових атомах.

Хвильові перетворювачі (конвертери) призначено для перетворення однієї довжини хвилі в іншу, із забезпеченням прозорого зв'язку між пристроями в різних сегментах.

338

Фільтри призначено для виділення одного потрібного каналу з безлічі мультиплексних каналів у волокні. Опції фільтру може виконувати оптичний демультиплексор.

Пасивні оптичні мультиплексори забезпечують функцію збирання декількох простих сигналів різних довжин хвиль з декількох волокон у мультиплексний сигнал, який поширюється по одному волокні. Демультиплексори виконують зворотну функцію.

Хвильове ущільнення (Wavelength Division Multiplexing, WDM) може здійснюватися за допомогою WDMфільтра.

Узагальнюючи, зазначимо, оскільки важко передбачити потреби розподілення смуги пропускання в транспортних мережах METRO, то, мабуть, переваги матимуть ті архітектури, які допускають більш плавне нарощування своїх ресурсів у більш широких межах. Наприклад, порівнюючи два способи нарощування системи до забезпечення швидкості потоку 800 Гбіт/с: 8 х STM-64 і 32 х STM-16, можна зробити корисні висновки. У першому варіанті маємо більший крок нарощування (10 Гбіт/с), водночас, у другому варіанті при кроці 2,5 Гбіт/с нарощування можна здійснювати більш плавно. Крім того, WDM-мультиплексування для великої кількості хвильових каналів, їх цілковита подальша оптична крос-комутація, а також долучення/вилученняня є більш простим рішенням, ніж попереднє електронне агрегування потоків STM-16 у меншу кількість потоків STM-64 на терміналі SDH.

339

Телекомунікаційні технології та обладнання

канального рівня METRO

На канальному рівні METRO реалізується базова сервісна мережа з комутованою топологією та використанням на фізичному рівні двоточкових з'єднань первинної мережі.

Функції технологій канального рівня можуть виконувати як технології синхронного режиму перенесення (тимчасова комутація цифрових каналів), так і асинхронного режиму перенесення (комутовані віртуальні канали та віртуальні з'єднання), які детально розглянуто в розділі 7. Залежно від застосовуваної технології канального рівня можна утворити відповідні сервісні мережі: ТфЗК, ISDN, мережу X.25, мережу FR, мережу ATM, мережу Ethernet, мережу GE, мережу 10GE та ін.

Комутована топологія в транспортних мережах METRO утворюється з використанням комунікаційного обладнання канального рівня моделі OSI/ISO – магістральних комутаторів.

Магістральні комутатори

Функція комутації в територіальних сегментах може бути виконана різними способами: комутацією каналів, пакетів, комірок. Для реалізації кожного із способів комутації необхідним є спеціальний комутатор. Незважаючи на чітко визначену тенденцію переходу до єдиного типу мереж з пакетною комутацією, комутацію каналів все ще застосовують у наявних мережах тому, що широкого впровадження в попередні періоди набули комутовані телефонні мережі.

340