Способы защиты от вибрации и шума

 

 

1.8 Достоинства и  недостатки

 

 

Главное достоинство технологии WDM заключается в том, что она позволяет преодолеть ограничения на пропускную способность канала и существенно увеличить скорость передачи данных.

Причем используются уже проложенный волоконно-оптический кабель и стандартная аппаратура временного мультиплексирования, а увеличивать скорость передачи по отдельному каналу до 10 Гбит/с и выше не требуется. Благодаря WDM удается организовать двустороннюю многоканальную передачу трафика по одному волокну.

Существенно и то, что в сетях SONET/SDH появилась возможность выбирать для отдельного канала значение скорости, не зависящее от скорости других каналов, и затем использовать разные методы передачи. Наконец, распространению WDM способствуют последние технологические достижения: создание узкополосных полупроводниковых лазеров, имеющих ширину спектра излучения менее 0,1 нм, широкополосных оптических усилителей и оптических фильтров для разделения близких каналов.

У читателя могло сложиться представление, что технология WDM является универсальным решением проблемы увеличения пропускной способности, некой панацеей от всех бед, с которыми сталкиваются пользователи глобальных сетей. Между тем ее применение тормозится рядом факторов как экономического, так и чисто технического характера.

Если говорить об экономической стороне дела, то внедрение WDM в местных сетях сдерживается высокой стоимостью соответствующей аппаратуры, особенно передающих устройств, и сложностью коммутации трафика. Вместе с тем исследования показывают, что решения на базе WDM могут оказаться экономически эффективными и в сетях меньшего масштаба. Для этого, в частности, в них должны применяться недорогие мультиплексоры ввода/вывода, устанавливаемые в местах сопряжения местных и опорных сетей.

Фактор высокой стоимости аппаратуры оказывается еще более существенным для реализации технологии DWDM. При использовании близких частот требуются узкополосные полупроводниковые лазеры с высокой стабильностью длины волны генерируемого излучения, которые являются наиболее дорогим элементом DWDM-систем, сдерживающим распространение последних.

Среди технических проблем следует упомянуть значительные потери мощности сигналов в мультиплексорах/демультиплексорах, несовпадение, во многих случаях, рабочих длин волн WDM-оборудования и устройств временного мультиплексирования, необходимость повышения производительности узлов коммутации, усложнение управления сетью из-за различий в технологиях передачи данных по мультиплексируемым каналам, отсутствие промышленных стандартов. Наконец, не последнее место в этом перечне занимают нелинейные явления, которые при одновременной передаче на нескольких несущих способны приводить не только к ослаблению и искажению.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 СПЕЦИАЛЬНАЯ  ЧАСТЬ

 
2.1 Оптическое мультиплексирование  с разделением по длине волны

 

Оптическое мультиплексирование с разделением по длине волны (Wavelength Division Multiplexing, WDM) - сравнительно новая технология оптического (или спектрального) уплотнения, которая была предложена в 1980 г. Дж. П. Лауде (компания Instruments SA). В настоящее время WDM играет в оптических синхронных системах ту же роль, что и мультиплексирование с частотным разделением (Frequency Division Multiplexing, FDM) в аналоговых системах передачи данных. По этой причине WDM-системы часто называют системами оптического мультиплексирования с частотным разделением (Optical FDM, OFDM), однако по сути своей технологии FDM и OFDM имеют мало общего.

Различия между ними не сводятся к тому, что в OFDM-системах используются оптические, а не электрические сигналы. При обычном частотном мультиплексировании применяется механизм амплитудной модуляции с одной боковой полосой и определенной системой поднесущих, модулирующие сигналы которых одинаковы по структуре, так как они аналогичны сигналам в стандартных каналах ТЧ. При OFDM механизм модуляции, необходимый в FDM для сдвига несущих, вообще не используется; несущие генерируются отдельными источниками (лазерами), сигналы которых затем объединяются мультиплексором в единый многочастотный сигнал. Его составляющие могут передавать потоки цифровых сигналов, сформированные на основе различных синхронных технологий - АТМ, SDH, PDH и т. д. Для этого несущие модулируются цифровым сигналом, соответствующим передаваемому трафику.

Традиционные волоконно-оптические технологии передают данные в виде световых импульсов. Импульсы света представляют биты: нули и единицы. Электрические сигналы преобразуются в оптические, передаются по световоду и преобразуются обратно в электрические сигналы получателем.

При подходе под названием мультиплексирование по длине волны (Wavelength Division Multiplexing, WDM) свет с разными длинами волн от нескольких лазеров передается по одному световоду. WDM работает следующим образом. Источники данных посылают эти волны света мультиплексору, а он уплотняет их для передачи по одной линии. WDM разбивает оптический спектр на каналы, каждый с различной длиной волны.

Оптические усилители, обычно находящиеся на расстоянии десятков километров друг от друга, усиливают все волны одновременно.

Наконец, сигналы приходят на демультиплексор, разделяются и отправляются получателям (рисунок 2.1).

 

 

Рис. 2.1 Организация потока данных в WDM

 

Организация потока данных в WDM довольно проста. Свет с разными длинами волн объединяется и передается по одной оптической линии. Усилители обеспечивают непрерывность сигнала, который в конце концов разделяется и отправляется конечным адресатам.

Мультиплексирование и демультиплексирование спектральных компонент отдельных сигналов в системах WDM основано на использовании комбинированных или последовательно расположенных узкополосных фильтров

Каждый лазерный передатчик в системе WDM выдает сигнал на одной из заданных частот. Все эти сигналы (каналы) необходимо мультиплексировать (объединить друг с другом) в единый составной сигнал. Устройство, которое выполняет эту функцию, называется оптическим мультиплексором MUX (или OM). Аналогичное устройство на другом конце линии связи разделяет составной сигнал на отдельные каналы и называется оптическим демультиплексором DEMUX (или OD). В отличие от систем TDM, в которых подобные операции уплотнения каналов происходят во временной области, и основное внимание уделяется точности синхронизации приемника и передатчика, в системах WDM мультиплексированию и демультиплексированию подвергаются спектральные компоненты отдельных сигналов, характеристики которых всегда известны заранее.

 

 

Рис. 2.2 Мультиплексор и демультиплексор

 

Оптическое мультиплексирование и демультиплексирование основано на комбинированных или расположенных последовательно друг за другом узкополосных фильтрах. В частности, для фильтрации применяют тонкопленочные фильтры, волоконные или объемные брэгговские дифракционные решетки, сварные биконические волоконные разветвители, фильтры на основе жидких кристаллов, устройства интегральной оптики (матрицы фазовых волноводных дифракционных решеток или фазары).

Согласно докладу компании Trans-Formation, специализирующейся на анализе рынка оборудования передачи данных, рынок WDM в США вырастет примерно с 80 млн. в 1996 году до 330 млн. в 2000 году (рисунок 2.3). Это оценка касается всего оборудования, в том числе ретрансляторов, волоконно-оптических мультиплексоров/ демультиплексоров, плат WDM для оконечного оборудования линии передачи данных и усилителей для конечных точек.

 

Рис. 2.3 Рынок WDM в США с 1996 по 2000гг.

 

В силу различных причин, например из-за потребности во все большей и большей пропускной способности, технология WDM получит, скорее всего, распространение и будет развиваться быстрыми темпами.

ElectronicCast, другая исследовательская компания в области волоконно-оптических технологий, утверждает, что расходы в США на компоненты для WDM составили 52,5 млн. долларов в 1995 году. Компания считает оптические усилители основными компонентами WDM и полагает, что ожидаемое снижение цен на такие устройства несколько замедлится из-за появления более прогрессивных и, следовательно, более дорогостоящих технологий. Однако общая тенденция к увеличению числа каналов на один передатчик, приемник или фильтр выразится в понижении стоимости каналов.

 

2.2 Модель взаимодействия WDM с транспортными технологиями

 

Формально для систем WDM не важно, какие методы кодирования и формирования конкретного цифрового сигнала использовались. Хотя, как правило, в этих системах и передается однотипный трафик, это диктуется используемыми методами синхронизации и единообразием процесса обработки. В отличие от систем SDH транспортируемый сигнал не упаковывается в контейнеры и не подвергается обработке в соответствии со структурой мультиплексирования SDH для формирования транспортного модуля STM-N, который только и может быть передан через физический уровень в канал связи (среду передачи).

Если упрощенно представить многоуровневую модель взаимодействия основных технологий SDH/SONET, ATM, IP (без учета возможности переноса IP через ATM), осуществляющих транспортировку сигнала в глобальных цифровых сетях, и WDM, то до появления последней она имела вид, представленный на рис. 2.4а. Модель состояла из трех уровней и оптической среды передачи и показывала, что для транспортировки трафика верхнего уровня ( ATM и IP) по оптической среде передачи он должен быть размещен (инкапсулирован) в транспортные модули STM-N/OC-n технологий SDH/SONET, способные, используя физический интерфейс этих технологий, пройти через физический уровень в оптическую среду передачи. Отсюда была ясна необходимость создания технологий инкапсуляции ячеек АТМ, например, в виртуальные контейнеры SDH (ATM over SDH), или пакетов IP в виртуальные трибы SONET ( IP over SONET). Этим и занимались соответствующие подкомитеты по стандартизации в таких институтах, как ANSI, ISO, ITU-T и ETSI, разрабатывая стандарты на указанные технологии.

 

 

Рис. 2.4 Модель взаимодействия основных транспортных технологий 
а) до внедрения технологии WDM, б) после внедрения технологии WDM

 

После появления систем WDM модель принимает вид, представленный на рис. 2.4б.

Теперь модель имеет четыре уровня, не считая оптической среды передачи. Появился промежуточный уровень WDM, который, как и SDH/SONET, обеспечивает физический интерфейс, позволяющий через физический уровень выйти в оптическую среду передачи не только технологии SDH/SONET, но и технологиям ATM и IP.

В последнем случае не требуется инкапсуляции ячеек ATM или пакетов IP в промежуточный транспортный модуль технологий SDH/SONET, что не только упрощает процедуру обработки и транспортировки трафика, генерируемого системами ATM и IP, но и существенно уменьшает общую длину заголовков (которые пристыковываются по мере прохождения с верхнего уровня на нижний), повышая процент, занимаемый информационной составляющей трафика, в общей длине передаваемого сообщения, а значит, и эффективность передачи в целом. Естественно, что ATM и IP трафик может быть передан и по традиционной схеме с использованием SDH/SONET, трафик которых может быть также передан с помощью систем WDM, что сохраняет преемственность старых схем транспортировки и увеличивает гибкость композитных систем WDM-SDH/SONET в целом.

 

2.3 Разнос каналов и  типы WDM-систем

2.3.1 Узкополосные  и широкополосные WDM-системы

 

Волновое мультиплексирование практически используется уже более 10 лет и первоначально было направлено на объединение двух основных несущих 1310 нм и 1550 нм (2-го и 3-го окон прозрачности) в одном оптоволокне, что позволяло удвоить емкость системы и было оправдано всей историей развития ВОЛС.

Многие стандартные системы SDH предлагают это сейчас, как один из вариантов конфигурации.

Ряд исследователей называет такие системы широкополосными WDM (разнос по длине волны – 240 нм) в противовес узкополосным WDM (разнос в которых был на порядок ниже – 24-12 нм, что давало возможность разместить в 3 окне (1550 нм) 4 канала).

Такое деление систем кажется на данный момент не совсем корректным, так как у таких “широкополосных" WDM спектр не перекрывался, а состоял из двух изолированных полос.

С другой стороны, в настоящее время формируется класс действительно широкополосных систем WDM, перекрывающих в смежных окнах прозрачности (3-м и 4-м) полосу порядка 84 нм от 1528-1612 нм.

Этот класс в будущем, возможно, будет перекрывать полосу 1280-1620 нм, если ориентироваться на характеристики пионера в этой области WaveStar AllMetro DWDM System компании Lucent Technologies, использующей волокно, устраняющее пик поглощения в области 5-го окна (~ 1383 нм).

 

 

 

2.3.2 Стандартный  канальный план и его использование

 

Первоначально в основу проекта стандарта положен канальный (частотный) план с равномерным расположением несущих частот каналов с минимальным разносом (шагом) каналов на 0,1 ТГц, или 100 ГГц. Выбранная в плане область частот покрывает стандартизованный диапазон lст=5,1 ТГц и практически соответствует диапазону длин волн (от 1528,77 до 1569,59 нм) амплитудно-волновой характеристики АВХ широко используемых ОУ. При выборе постоянного шага h=0,1 ТГц (100 ГГц) в этом диапазоне можно разместить максимально 51 канал с несущими, указанными в верхнем ряду нижеследующей таблицы (для пересчета на длины волн используется обычная (уточненная) формула l = 2.99792458•1017/f [нм/Гц], при этом шаг по l получается разным от 0,780 до 0,821 нм, или в среднем 0,8 нм).

При использовании шага 0,2 ТГц (200 ГГц, или в среднем 1,6 нм) можно получить производную таблицу.

 

Таблица 2.1 Стандартный канальный план с разносом каналов на 100 ГГц

 

f ТГц	196,1	196,0	195,9	195,8	195,7	..	191,4	191,3	191,2	191,1	191,0
l нм	1528,77	1529,55	1530,33	1531,12	1531,90	..	1566,31	1567,13	1567,95	1569,59	1568,77