Fokin_Kogerentnye_opticheskie_seti_

18.Какие преимущества имеют волокна G.655, G.656 для организации каналов WDM?

19.Что представляет собой диаметр поля моды волокна?

20.Какие диапазоны волн предусмотрены для передачи информационных сообщений в улучшенных волокнах G.652c, d ?

21.Какие диапазоны волн в одномодовых волокнах предусмотрены для плотного мультиплексирования DWDM?

22.Какие ограничения в ВОСП создает хроматическая дисперсия?

23.Какие ограничения в ВОСП создает ПМД?

24.Какие проблемы порождают нелинейные оптические эффекты в ОВ?

25.Какие разновидности нелинейных эффектов определены для волоконных световодов?

26.Какой из нелинейных эффектов создает наибольшие проблемы с переходными помехами при максимальном числе каналов и минимальной хроматической дисперсии?

27.Какой межканальный интервал в ВОСП–WDM нужно выбрать (10 ГГц, 25 ГГц, 50 ГГц, 100 ГГц) для большей дистанции передачи при максимальном числе каналов? И почему?

28.Чем отличаются волокна MCF от волокон SMF, NZDSF в конструкции

ихарактеристиках?

41

2. ТЕХНОЛОГИЯ ОПТИЧЕСКОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ

Современное представление оптической транспортной сети OTN основано на фундаментальных определениях сектора Телекоммуникаций Международного Союза Электросвязи (МСЭ-Т) – ITU-T, приводимых в рекомендациях G.805, G.806, G.872, G.709, G.798 и т. д. Эти определения отражены в модели

OTN (рис. 2.1, а), где обозначено: OCh, Optical Channel – оптический канал; OMS, Optical Multiplex Section – оптическая секция мультиплексирования; OTS, Optical Transmission Section – оптическая секция передачи.

а

б

Рис. 2.1. Общая архитектура OTN

В модели OTN сосредоточены ряд функций (рис. 2.1, б): оптическая транспортировка в секции OTS с ретрансляцией (R) – усилением сигналов и коррекцией искажений; оптическое мультиплексирование с разделением по длине волны (OMX) с поддержкой секции мультиплексирования; оптическая маршрутизация и кроссовая коммутация цифровых и оптических соединений (OCh, OTU, ODU, OPU); наблюдения и наблюдаемость сигналов пользователей сети OTN; управление и обслуживание. Ниже приведен обзор этих функций по уровням модели OTN.

42

2.1. Модель и интерфейсы оптической транспортной сети OTN

На рис. 2.2 приведена ассоциация уровней модели OTN и сетевых образований (каналов, трактов и секций).

Пользовательский уровень OTN предназначен для согласованного (адаптированного) ввода информации пользователей (сигналов), например, циклов

SDH STM-N, ячеек АТМ, пакетов Ethernet, MPLS, IP, кадров GFP-F в оптиче-

скую сеть через адаптирующие структуры. Процедуры адаптации связаны с согласованием цифровых скоростей, синхронизацией, кодированием и т. д.

Сетевой уровень оптических каналов OCh предусматривает транспорти-

ровку цифровых сигналов пользователей в оптических каналах между точками доступа на уровне OCh. Информационные характеристики уровня OCh могут быть представлены в двух отдельных и индивидуальных логических сигналах:

─сигналы уровня пользователя, адаптированные для передачи в определенных цифровых форматах, что в значительной мере является предметом этой главы;

─сигналы оптических каналов в виде заголовков, действующих в трактах между точками доступа уровня сети OCh – оптического канала.

Эти сигналы объединены оптическим транспортным блоком OTU (Optical Transport Unit), который представляет собой цифровую циклическую структуру, имеющую фиксированную емкость в байтах заголовков, поля нагрузки пользователей транспортных услуг и поля коррекции ошибок. Этот блок бит за битом поступает на модулятор оптического передатчика, настроенного на волну λi из диапазона волн 1530–1625 нм, т. е. создается сетевое соединение с передачей оптического канала. Модулированные оптические сигналы на различных волнах объединяются оптическим мультиплексором для передачи в волоконной линии на противоположную станцию (сетевое соединение OMS). В секциях передачи могут использоваться оптические усилители, которые поддерживают сетевое соединение OTS.

Каждое из сетевых соединений имеет свой маршрут, который прописывается отдельными блоками цифровых данных в заголовках OTU и цифровых блоках отдельного сервисного канала, выполняемого на отдельной волне λOSC

оптического сервисного канала OSC (Optical Supervisory Channel).

Заголовки позволяют решать ряд важных эксплуатационных задач оптической сети, детали которых рассматриваются ниже. К таким задачам могут относиться: маршрутизация и коммутация соединений на уровне оптических каналов OCh, как для отдельных волн λi, так и цифровых блоков.

На приемной стороне многоволновые оптические сигналы разделяются оптическим демультиплексором на канальные сигналы λi и детектируются в фотоприемниках для восстановления цифровых блоков OTU.

43

Рис. 2.2. Соединения и тракты (маршруты) оптических каналов и секций мультиплексирования и передачи

Для поддержки функционирования оптической сети ITU-T разработал стандарты на цифровую и оптическую передачу в оптических транспортных сетях OTN. Эти стандарты получили название оптической транспортной иерархии OTH. Она поддерживает все возможные аспекты оперирования и управления в OTN с различными архитектурами: точка-точка, кольцо и смешанными типами. В OTH определены интерфейсы оптической сети, которые поддерживают соединения OTN (рис. 2.3) с различными функциональными возможностями [15].

Оптические интерфейсы OTN/OTH предусматривают комплексное описание составляющих [15]:

оптическую транспортную иерархию в виде цифровых и оптических структур;

функциональность заголовков для поддержки многоволновой оптической сети;

цикловые структуры (кадры передачи);

44

битовые скорости (их формирование и привязку к другим технологиям транспортных сетей);

формирование различных пользовательских сигналов;

защита пользовательских сигналов от ошибок передачи.

Рис. 2.3. Структуры интерфейсов оптической транспортной сети на основе оптической транспортной иерархии

Также в двух видах определяются эти интерфейсы: пользовательские UNI, User-to-Network Interface; межузловые NNI, Network Node Interface. Обычно пользовательские интерфейсы имеют упрощенные функции. Интерфейсы могут иметь различную функциональную наполняемость, как показано на рис. 2.3 до 6 видов. Структуры интерфейсов подразделяются на два типа оптических транспортных модулей OTM (Optical Transport Module):

OTM-n.m– полнофункциональный интерфейс (предпочтителен для NNI);

OTM-0.m, OTM-nr.m, OTM-0.mvn – интерфейс c упрощенными функ-

циями (предпочтителен для UNI), т. е. с одним каналом (0), упрощенный (r – редуцированный), многолинейный с функциональным делением (mvn).

Модуль OTM представляет собой объединение оптических волн от λ1 до λn, где n= 4, 8, 16, 32 и т. д. Обозначение «0» указывает на одну оптическую волну. В полнофункциональном интерфейсе к блоку волн n добавляется волна отдельного сервисного канала λOSC. В интерфейсах с упрощенными функциями этого канала нет. Индекс m= 1, 2, 3, 4 указывает на цифровую иерархическую принадлежность оптических каналов в модуле (скорость передачи: 1 – 2 666 057.143 кбит/с; 2 – 10 709 225.316 кбит/с; 3 – 43 018 413.559 кбит/с; 4 – 111 809 973.568 кбит/с).

Обозначение mvn для многолинейного интерфейса указывает на возможности

45

этой разновидности интерфейса по передаче информационных потоков на одной оптической волне с несколькими форматами модуляции (например, DP-QPSK две поляризационные составляющие с квадратурной модуляцией каждой) или с разделением единого цифрового потока на несколько несущих оптических волн (например, на четыре волны, как предусмотрено стандартом G.709). Обозначение nr указывает на отсутствие оптического сервисного канала в модуле OTM.

Модули OTM образуются в уровневых структурах трех видов:

1)OTS, OMS, OCh с комплексными или функционально стандартизированными транспортными блоками (OTUk, OTUkV) и одним или большим числом блоков ODUk (k = 0, 1, 2, 3, 4 иерархический уровень цифрового блока);

2)OPSn, OChr с комплексными или функционально стандартизированными транспортными блоками (OTUk, OTUkV) и одним или большим числом блоков ODUk (k = 0, 1, 2, 3, 4 иерархический уровень цифрового блока);

3)OPSMnk без образования оптического канала, но с комплексными или функционально стандартизированными транспортными блоками (OTUk, OTUkV) и одним или большим числом блоков ODUk (k = 0, 1, 2, 3, 4 иерархический уровень цифрового блока).

Подсистема оптического канала OCh определена международными стандартами в виде уровня оптического канала в сети в порядке поддержки управления и контроля функциональности в трех составляющих:

1)оптический канал с полной поддержкой функций контроля и управления (OCh) или упрощенных функций (OChr), коммутации в сети между точками 3R регенерации;

2)комплексные и функционально стандартизированные транспортные цифровые блоки оптических каналов OTUk/OTUkV с предусмотренным контролем и комплектом сигналов для взаимодействия между 3R точками регенерации в транспортной сети OTN;

3)блоки данных оптических каналов (ODUk) предусматривают: тандемный мониторинг (ODUkT); мониторинг тракта из конца в конец (ODUkP); адаптации клиентских сигналов к блоку нагрузки оптического канала (OPUk); адаптации OTN ODUk сигнала к блоку нагрузки оптического канала (OPUk).

Цифровые блоки OPUk, ODUk оснащаются блоками заголовков высокого

(HO, High Overhead) и низкого (LO, Lov Overhead) порядков. Цифровые блоки с заголовками низкого порядка мультиплексируются в блоки с заголовками высокого порядка. Также блоки OPUk, ODUk могут быть виртуально сцеплены для размещения необходимых клиентских сигналов.

На рис. 2.4 представлены примеры конструктивного исполнения оптических интерфейсов: оптического канала для подключения к оптическому мультиплексору волн (рис. 2.4, а) – транспондер (TPD); оптического канала для подключения к пользовательскому устройству (интерфейс с функциями OPS) (рис. 2.4, б) – модуль SFP (Small Form-factor Pluggable) компактный сменный форм-фактор. Подробное рассмотрение структур указанных транспондера и

46

модулей, их функциональных и конструктивных возможностей приводится в последующих главах.

Для перехода к детальному рассмотрению схем оптического и электрического мультиплексирования OTN/OTH сначала приводится порядок формирования цифровых и оптических блоков в четырех возможных вариантах (рис. 2.5–2.8). Нетрудно заметить, что формирование оптического канала в любом варианте имеет одинаковый порядок от сигнала пользователя (клиента транспортной сети), согласованно размещаемого в структуру OPUk, до полностью сборного цифрового оптического транспортного блока OTUk, готового для подачи на модулятор оптического передатчика. В оптической части первого варианта формируется модуль с n каналами (n = 1…32 и более), каждый из которых имеет свой цифровой блок заголовка.

Рис. 2.4. Примеры устройств для реализации интерфейсов каналов OCh: а – транспондер оптического канала; б – простой модуль подключения

пользовательского (клиентского) сигнала

47

Рис. 2.5. Порядок формирования цифровых и оптических блоков OTM-n.m

Это данные заголовков оптических каналов OCCo (Optical Channel Carrier

– overhead), переносимых отдельным сервисным каналом OSC в блоке OOS (OTM Overhead Signal) на отдельной оптической частоте (рис. 2.5), где также размещаются блоки сообщений секций OTSn OH, OMSn OH и байты данных для проведения исследовательских экспериментов с модулями OTM Comms. Информационная нагрузка, т. е. OTUk оптического канала обозначается OCCp (Optical Channel Carrier – payload) и представляет собой группу оптических несущих OCG-n.m (Optical Carrier Group). Эта нагрузка объединяется в оптический блок OMU-n.m (Optical Multiplex Unit), сопровождаемый заголовком секции оптического мультиплексирования OMSn OH.

В упрощенной структуре OTM-0.m создается только один оптический канал для организации связи в однопролетной секции оптического кабеля на ограниченное расстояние (чаще всего это соединительная линия внутри линейного цеха или между рядом расположенными узлами) от нескольких десятков/сотен метров до нескольких километров. При этом в оптической части не предусмотрены средства активного мониторинга секций передачи, однако полностью используются возможности цифрового мониторинга через заголовки

OTUk OH, ODUk OH, OPUk OH.

Аналогичные решения с заголовками оптических каналов и секций предусмотрены в третьем варианте (рис. 2.7) формирования оптических модулей

48

OTM-nr.m, где может группироваться n спектральных каналов, определенное так же как и в первом варианте, т. е. n = 1…32 и более.

Рис. 2.6. Порядок формирования цифровых и оптических блоков OTM-0.m

Рис. 2.7. Порядок формирования цифровых и оптических блоков OTM-nr.m

49

Рис. 2.8. Порядок формирования цифровых и оптических блоков OTM-0.mvn

Принципиально иное решение по формированиюоптического блокаOTM-0.mvn предусмотрено вариантом 4 (рис. 2.8), где один цифровой блок может переноситься n-1 оптическими каналами после его деления на параллельные цифровые потоки каналов оптических транспортных линий OTL (Optical channel Transport Lane). Под оптическими каналами можно понимать отдельные оптические несущие λi и каналы, образуемые на одной несущей частоте при использовании различных форматов модуляции, например, с разделением по поляризации или кодированием фазовых состояний оптических импульсов, обознача-

емые OTLCp (Optical Transport Lane Carrier payload). Такие каналы объединяются в группу OTLCG (Optical Transport Lane Carrier Group), которую обозна-

чают многолинейной оптической физической секцией OPSMnk (Optical Physical Section Multilane) с n каналами k уровня иерархии OTH.

Для рассмотренных вариантов формирования цифровых и оптических блоков предусмотрены детальные варианты последовательностей мультиплексирования цифровых блоков и оптических каналов в схеме мультиплексирования.

2.2. Схема мультиплексирования OTH

Схема мультиплексирования OTH определена стандартами ITU-T (G.709, G.798 и др.) и в упрощенном виде представлена на рис. 2.9–2.14.

50