Полностью оптические сети

Контрольная работа

Полностью оптические сети


Содержание

Введение

1. Плотное волновое мультиплексирование

2. Применение оптических усилителей EDFA

3. Оптимизация WDM/TDM

4. Оптические коммутаторы

5. Волновые конвертеры

6. Классификация AON

7. AON с коммутацией каналов

8. АОN с коммутацией пакетов

9. Архитектура AON

10. Коммерческие реализации AON

Литература


Введение

Полностью оптические сети AON (All-optical Networks) представляют класс сетей, в функционировании которых главную роль при коммутации, мультиплексировании, ретрансляции играют не электронные (оптоэлектронные), а чисто оптические технологии.

Полностью оптические системы и сети сегодня претендуют на роль главенствующей технологии, способной обеспечивать полосу пропускания даже завтрашних сетевых информационных приложений. За последние несколько лет разработаны прототипы архитектур, сформулированы стандарты, создано совершенное оборудование (лазеры с перестраиваемой длиной волны, оптические волновые мультиплексоры WDM, широкополосные оптические усилители EDFA, оптические коммутаторы). Среди фирм, которые наиболее активно ведут такие исследования, следует выделить: Lucent Technologies, Alcatel, Ericsson, Fujitsu, Hewlett Packard, NEC, NTT, Nortel, Siemens [1 - 4].

Основные элементы AON

Большинство оптических коммуникационных устройств и элементов, применяемых в AON, используют цифровую передачу сигнала с модуляцией интенсивности (бинарная 1 - света большой интенсивности, бинарный 0 – низкой). Основными устройствами и элементами, применяемыми в AON являются:

Источники и приемники излучения. В качестве источников излучения в основном используются: светодиоды (которые рассчитаны на больший диаметр сердцевины ОВ, т.е. многомодовые ОВ); лазеры (используются для передачи сигнала по одномодовому ОВ). Типичные значения спектральной полосы излучения составляют для светодиодов от 20 до 100 нм, для многомодовых лазерных диодов от 1 до 5 нм и для одномодовых лазерных диодов менее 0,1 нм. Потребляемая мощность для светодиодов - около 10 мВт, и порядка 1 мВт для лазерных диодов. Специализированные лазеры с распределенной обратной связью (DFB), предназначенные для работы в окне 1550 нм и обеспечивающие скорость передачи до 10 Гбит/с.

Основными приемными фотоэлементами являются ЛФД и p-i-n-фотодиоды на основе InGaAsP, работающие на длине волны 1300 нм и обеспечивающие скорость приема до нескольких 100 Мбит/с.

Оптоволокно. Наибольшее распространение получили следующие типы одномодового ОВ: ОВ со ступенчатым профилем (стандартное волокно, standard fiber, SF), ОВ со смещенной дисперсией (dispersion shifted fiber, DSF), ОВ с ненулевой смещенной дисперсией (non-zero dispersion shifted fiber, NZDSF), а также градиентные многомодовые ОВ стандартов 50/125 и 62,5/125. В протяженных магистралях применяются исключительно одномодовые ОВ из-за лучших дисперсионных характеристик. Для многоканальной мультиплексной передачи лучше всего подходит ОВ типа NZDSF, а наименее удачным оказалось одномодовое ОВ DSF.

Использование многомодового ОВ ограничено локальными сетями с характерными длинами сегментов до 2 км. В то же время в локальных сетях все чаще начинает использоваться, наряду с многомодовым, и одномодовое ОВ, обеспечивающее более высокую полосу пропускания. Это связано с падением стоимости лазерных оптических передатчиков и возрастающим числом сетевых приложений, требующих большой полосы пропускания, которую может обеспечить только одномодовое ОВ.

Приемопередатчики. Выпускаются разнообразные приемо-передающие оптоэлектронные модули, предназ-наченные для сетей FDDI, Fast Ethernet (скорость передачи 100 Мбит/с, частота модуляции 125 МГц), АТМ (STM-1 155Мбит/с, частота модуляции 194 МГц), более быстрые для сетей STM-4 622 Мбит/с (частота модуляции 778 МГц) и Gigabit Ethernet (1000 Мбит/с, частота модуляции 1250 МГц), и еще более быстрые, предназначенные для передачи каналов SТМ-16 (2,5 Гбит/с), и, наконец, STM-64 (10 Гбит/с).

Пассивные оптические мультиплексоры/демультиплексоры

Выпускаются устройства от простых мультиплексоров и направленных ответвителей WDM, до сложных устройств, обеспечивающих плотное волновое мультиплексирование/демультиплек-сирование (DWDM) с числом каналов до 40 и более.

Мультиплексор собирает несколько, простых сигналов (различных длин волн из нескольких ОВ) в мультиплексный сигнал, распространяющийся по одному волокну. Демультиплексор выполняет обратную функцию.

Оптические усилители требуются в сетях при больших расстояниях между регенераторами. В AON широкое распространение получили эрбиевые усилители EDFA (накачка с длиной волны 980 нм или 1480 нм). Которые не только заменили дорогостоящие оптоэлектронные системы регенерации оптического сигнала, но обеспечили возможность усиления многоканального WDM сигнала, сокращая число электронных регенераторов на протяженной оптической мультиплексной линии. В диапазоне от 1535 до 1560 нм, они обеспечивают усиление входного сигнала на 30-38 дБ в зависимости от его длины волны.

Оптические коммутаторы выполняют в AON ту же функцию, что и обычные электронные коммутаторы, т.е. обеспечивают коммутацию каналов или пакетов. Наряду с простейшим коммутатором 22 в настоящее время начали поставляться коммутаторы с числом портов 44, 88 и 1616.

Фильтры предназначены для выделения одного нужного канала из множества мультиплексных каналов, распространяемых в волокне. Поскольку фотоприемники имеют обычно широкую спектральную область чувствительности, то фильтр необходим для того, чтобы подавить (ослабить) соседние каналы. Наряду с фильтрами, предназначенными для работы на определенной длине волны, выпускаются также фильтры с перестраиваемой длиной волны. Функции фильтра может выполнять оптический демультиплексор.

Волновые конвертеры преобразуют одну длину волны в другую. Так, если информационный сигнал в подсети 1 был представлен каналом на длине волны, которая уже задействована в другой подсети - подсети 2, то волновой конвертер может преобразовать этот сигнал при переходе из подсети 1 в подсеть 2 на другую свободную в подсети 2 длину волны, обеспечив прозрачную связь между устройствами в разных подсетях.

1. Плотное волновое мультиплексирование

Мультиплексоры DWDM

Мультиплексоры DWDM (в отличии от более традиционных WDM) используют только одно окна прозрачности 1550 нм, в пределах области усиления EDFA (1530 - 1560 нм) и обладают малым расстоянием между мультиплексными каналами (3,2/1,6/0,8 или 0,4 нм). Кроме этого, поскольку мультиплексоры DWDM рассчитаны на работу с большим числом каналов (до 32-х и более), то наряду с устройствами DWDM, в которых мультиплексируются (демультиплексируются) одновременно все каналы, допускаются также новые устройства, не имеющие аналогов в системах WDM и работающие в режиме добавления или вывода одного и более каналов в/из основного мультиплексного потока, представленного большим числом других каналов. Так как выходные порты/полюса демультиплексора закреплены за oпределенными длинами волн, говорят, что такое устройство осуществляет пассивную маршрутизацию по длинам волн. Из-за малых расстояний между каналами и необходимости работы с большим числом каналов одновременно, изготовление мультиплексоров DWDM требует значительно большей прецизионности по сравнению с WDM мультиплексорами (использующими обычно окна прозрачности 1310 нм, 1550 нм или дополнительно область длин волн в окрестности 1650 нм). Также важно обеспечить высокие характеристики по ближним (коэффициент направленности) и дальним (изоляция) переходным помехам на полюсах DWDM устройства. Все это приводит к более высокой стоимости DWDM устройств по сравнению WDM.

Типовая схема DWDM мультиплексора с зеркальным отражающим элементом показана на рис. 1 а. Рассмотрим его работу в режиме демультиплексирования. Приходящий мультиплексный сигнал попадает на входной порт. Затем этот сигнал проходит через волновод-пластину и распределяется по множеству волноводов, представляющих дифракционную структуру AWG (arrayed waveguide grating). По-прежнему сигнал в каждом из волноводов остается мультиплексным, а каждый канал (1, 2,…) остается представленным во всех волноводах. Далее происходит отражение сигналов от зеркальной поверхности, и, в итоге, световые потоки вновь собираются в волноводе-пластине, где происходит их фокусировка и интерференция - образуются пространственно разнесенные интерференционные максимумы интенсивности, соответствующие разным каналам. Геометрия волновода-пластины, в частности, расположение выходных полюсов, и длины волноводов структуры AWG рассчитываются таким образом, чтобы интерференционные максимумы совпадали с выходными полюсами. Мультиплексирование происходит обратным путем.

Другой способ построения мультиплексора базируется не на одной, а на паре волноводов-пластин (рис. 1 б с двумя волноводами-пластинами [6]). Принцип действия такого устройства аналогичен предыдущему случаю за исключением того, что здесь для фокусировки и интерференции используется дополнительная пластина.

DWDM мультиплексоры, являясь чисто пассивными устройствами, вносят большое затухание в сигнал. Например, потери для устройства (рис. 1 а), работающего в режиме демультиплексирования составляют 10 - 12 дБ, при дальних переходных помехах < -20 дБ, и полуширине спектра сигнал 1 нм, (по материалам Оki Electric Industry [5]). Из-за больших потерь часто возникает необходимость установления оптического усилителя перед и/или после DWDМ мультиплексора.

Рис. 1

Разделение каналов и стандартизация DWDM

Стандартизация пространственного расположения каналов позволяет тестировать взаимную совместимость оборудования разных производителей. Сектором по стандартизации телекоммуникаций ITU-Т утвержден частотный план DWDM с расстоянием между соседними каналами 100 ГГц ( = 0,8 нм), (табл. 1). Но современная ситуация требует уже принятия частотного плана с еще меньшим расстоянием между каналами 50 ГГц ( 0,4 нм). Без понимания того, какие ограничения и преимущества имеет каждый частотный план, операторы связи и организации, планирующие наращивание пропускной способности сети, могут столкнуться со значительными трудностями.

Сетка 100 ГГц. В табл. 1 приведена сетки частотного плана 100 ГГц ITU-Т [7] с различной степенью разреженности каналов. Все сетки, кроме одной 500/400, имеют равноудаленные каналы. Равномерное распределение каналов позволяет оптимизировать работу волновых конвертеров, перестраиваемых лазеров и других устройств AON, а также позволяет легче ее наращивать.

Таблица 1

Частота, TГц

Частотные интервалы в ГГц и

количество каналов

100,

8 и >

200,

4 и >

400,

4

500/

400, 8

600,

4

1000, 4

, нм

196,1

*

1528,77

196,0

*

1529,55

195,9

*

1530,33

195,8

*

1531,12

195,7

*

1531,90

195,6

*

*

1532,68

195,5

*

*

*

1533,47

195,4

*

*

1534,25

195,3

*

*

1535,04

195,2

*

*

1535,82

195,1

*

1536,61

195,0

*

*

1537,40

194,9

*

*

1538,19

194,8

*

*

*

1538,98

194,7

*

1539,77

194,6

*

*

1540,56

194,5

*

*

*

1541,35

194,4

*

1542,14

194,3

*

*

*

*

1542,94

194,2

*

1543,73

194,1

*

*

1544,53

194,0

*

1545,32

193,9

*

*

*

*

1546,12

193,8

*

1546,92

193,7

*

*

*

*

1547,72

193,6

*

1548,51

193,5

*

*

*

*

1549,32

193,4

*

*

1550,12

193,3

*

*

*

1550,92

193,2

*

1551,72

193,1

*

*

*

*

1552,52

193,0

*

*

1553,33

192,9

*

*

*

1554,13

192,8

*

1554,94

192,7

*

*

*

1555,75

192,6

*

1556,55

192,5

*

*

*

*

*

*

1557,36

192,4

*

1558,17

192,3

*

*

*

1558,98

192,2

*

1559,79

192,1

*

*

*

1560,61

Реализация той или иной сетки частотного плана во многом зависит от типа используемых оптических усилителей (кремниевого или фтор-цирконатного), скорости передачи на канал - 2,4 Гбит/с (STM-16) или 10 Гбит/с (STM-64) и влияния нелинейных эффектов, причем все эти факторы взаимосвязаны.

У стандартных усилителей EDFA (на кремниевом ОВ) большая вариация коэффициента усиления в области ниже 1540 нм, что приводит к более низким значениям соотношения с/ш и нелинейности усиления в этой области. Нежелательны как сильно низкие, так и сильно высокие значения коэффициента усиления. С ростом полосы пропускания минимальное допустимое по стандарту соотношение с/ш возрастает (для канала STM-64 оно на 4 - 7 дБ выше, чем для STM-16). Таким образом, нелинейность коэффициента усиления кремниевого усилителя EDFA сильней ограничивает размер зоны для мультиплексных каналов SТМ-64 (1540-1560 нм), чем для каналов SТМ-16 и меньшей емкости (где можно использовать практически всю зону усиления кремниевого EDFA, несмотря на нелинейность).

Сетка 50 ГГц. Этот пока не стандартизированный, частотный план сетки позволяет эффективней использовать зону 1540-1560 нм, в которой работают стандартные кремниевые EDFA. Но наряду с этим преимуществом у этой сетки есть и минусы.

Во-первых, с уменьшением межканальных интервалов возрастает влияние эффекта четырехволнового смешивания, что начинает ограничивать максимальную длину межрегенерационной линии (линии на основе только оптических усилителей).

Во-вторых, малое межканальное расстояние 0,4 нм может приводить к ограничениям в возможности мультиплексирования каналов STM-64 (рис. 2). Как следует из рисунка, мультиплексирование каналов STM-64 с интервалом 50 ГГц не допустимо, поскольку тогда возникает перекрытие спектров соседних каналов [7]. Только если имеет место меньшая скорость передачи в расчете на канал (STM-4 и ниже), перекрытие спектров не возникает.

В-третьих, при интервале 50 ГГц требования к перестраиваемым лазерам, мультиплексорам и другим компонентам становятся более жесткими, что снижает число потенциальных производителей оборудования, а также ведет к увеличению его стоимости.

В настоящее время разработаны и фтор-цирконатные усилители EDFA, обеспечивающие большую линейность (во всей области 1530 - 1560 нм) коэффициента усиления. С увеличением рабочей области усилителей EDFA становится возможным мультиплексирование 40 каналов STM-64 с интервалом 100 ГГц общей емкостью 400 ГГц в расчете на ОВ.

Рис. 2

Для справки в табл. 2 приведены технические характеристики транспортной системы DWDM - модели MultiWave Sentry™ 4000 (по материалам Ciena Corp. [8]) одной из мощных мультиплексных систем, использующих частотный план 100/50 ГГц.

Хотя такие системы регенерации работают хорошо, они являются весьма дорогими и, будучи установленными, не могут наращивать пропускную способность линии.

На основе EDFA потери мощности в линии преодолеваются путем оптического усиления. В отличие от регенераторов, такое “прозрачное” усиление не привязано к битовой скорости сигнала, что позволяет передавать информацию на более высоких скоростях и наращивать пропускную способность до тех пор, пока не вступают в силу другие ограничивающие факторы, такие как хроматическая дисперсия и поляризационная модовая дисперсия. Усилители EDFA также способны усиливать многоканальный WDM сигнал, добавляя еще одно измерение в пропускную емкость.

2. Применение оптических усилителей EDFA

Традиционные ВОСС используют повторители-регенераторы, повышающие мощность сигнала, рис.3 а. Хотя такие системы работают хорошо, они являются весьма дорогими и не позволяют наращивать пропускную способность линии.

Потери мощности в линии чаще компенсируются оптическим усилением с помощью EDFA (рис.3 б). Такое “прозрачное” усиление не привязано к битовой скорости сигнала, что позволяет передавать информацию на более высоких скоростях и наращивать пропускную способность до тех пор, пока не начнут влиять хроматическая и поляризационная модовая дисперсии. Усилители EDFA также способны усиливать многоканальный WDM сигнал, добавляя еще одно измерение в пропускную емкость.

Таблица 2

Системный уровень

Емкость, Гбит/с

100 (40 каналов х 2,5 Гбит/с)

Формат

ОС-48/(STM-16)/OC-48c/STM-16c

Частотный план

50 ГГц

Возможные конфигурации

5 пролетов х 25 дБ (500 км)

2 пролета х 33 дБ (240 км)

Системная частота появления ошибок (BER)

< 10-15

Канальные интерфейсы

Формат

Короткие/промежуточные дистанции STM-16/G.957

1-16 & S.16.1 внутриофисные приложения

Уровень входного сигнала, дБм

от -18 до -3

Уровень выходного сигнала, дБм

-5 0,5

Длина волны вводимого излучения, нм

1250-1600

Сетевое управление

Система управления

WaveWatch™ производства CIENA по SNMP или TMN

Стандартный интерфейс

VT100 (ТМ), асинхронный RS-232, удаленный доступ через Ttlnet ITU TMN, TI -1 SNMP

Мониторинг работоспособности каналов

Канальные битовые ошибки через В1 заголовка SDH,

контроль оптической мощности в каждом канале

Удаленные интерфейсы

RS-422/Х.25 (TL-1 интерфейс), IP/802.3 через 10Rsse-Т

Оптический служебный канал

2,048 Мбит/с на длине волны 1625 нм

Характеристики по питанию

Напряжение питания, В постоянный ток

от -48 до -58

Потребляемая мощность при 40 каналах, Вт

800 типичное, 925 (максимум) - стойка 1

1000 типичное 1250 (максимум) - стойка 2

Хотя оптический сигнал, генерируемый исходным лазерным передатчиком, имеет вполне определенную поляризацию, все остальные узлы на пути следования оптического сигнала, включая оптический приемник, должны проявлять слабую зависимость своих параметров от направления поляризации. В этом смысле оптические усилители EDFA, характеризуясь слабой поляризационной зависимостью коэффициента усиления, имеют ощутимое преимущество перед полупроводниковыми усилителями.

а

б

Рис. 3

В отличие от регенераторов, оптические усилители вносят дополнительный шум, который необходимо учитывать. Поэтому, наряду с коэффициентом усиления, одним из важных параметров EDFA является коэффициент шума.

К техническим параметрам усилителей EDFA относятся: мощность насыщения, коэффициент усиления, мощность усиленного спонтанного излучения и шум-фактор (см.раздел 4.2). Здесь следует дополнить, что мощность насыщения Рout sut, (saturation output power) - определяет максимальную выходную мощность усилителя. Большее значение мощности позволяет увеличивать расстояние безретрансляционного участка. Этот параметр варьируется в зависимости от модели оптического усилителя. У мощных EDFA он может превосходить 36 дБм (4 Вт).

Величина коэффициента усиления зависит от входной мощности и стремится к своему максимальному пределу по мере уменьшения мощности входного сигнала. Например, для лазеров EAU-200/350, выпускаемых IRE POLUSE-GROUP, предельное значение коэффициента усиления составляет 42 дБ (табл. 3).

Мощность усиленного спонтанного излучения ASE (amplified spontaneous emission) в отсутствии входного сигнала EDFA является источником спонтанного излучения фотонов. Спектр излучения зависит от формы энергетической зоны атомов эрбия и от статистического распределения заселенностей уровней зоны. Спонтанно образованные фотоны, распространяясь по волокну в активной зоне усилителя EDFA, тиражируются, в результате чего создаются вторичные фотоны на той же длине волны, с той же фазой, поляризацией и направлением распространения. Результирующий спектр спонтанных фотонов называется усиленным спонтанным излучением (рис. 4). Его мощность нормируется в расчете на 1 Гц и имеет размерность Вт/Гц. Если на вход усилителя подается сигнал от лазера, то определенная доля энергетических переходов, ранее работавшая на усиленное спонтанное излучение, начинает происходить под действием сигнала от лазера, усиливая входной сигнал. Таким образом, происходит не только усиление полезного входного сигнала, но и ослабление ASE (рис. 4).

При подаче на вход мультиплексного сигнала происходит дальнейший отток мощности от ASE в пользу усиливаемых мультиплексных каналов. Обычно усилители работают в режиме насыщения по отношению к сигналу на выходе.

Рис. 4

Это создает естественное выравнивание уровней сигналов в каналах, что крайне желательно, особенно для протяженных линий с большим числом последовательных усилителей. Если лазер, предшествующий усилителю, генерирует излучение в спектральном окне ( = с/2, где с — скорость света), и фильтр в приемном оптоэлектронном модуле пропускает сигнал соответственно в этом же окне, то вклад в мощность шума на выходе благодаря усиленному спонтанному излучению будет равен АSЕ= ASE. Таким образом, оптические линии с каскадом ЕDFA проявляют себя лучше, когда мультиплексный сигнал представлен более узкими в спектральном отношении отдельными каналами. Использование непосредственно перед приемным оптоэлектронным модулем узкополосных фильтров, настроенных на рабочую длину волны, также помогает уменьшить уровень шума от усиленного спонтанного излучения.

Большие собственные временные постоянные EDFA - постоянная времени перехода в метастабильное состояние ~1 мкс, время жизни метастабильного состояния ~10 мкс [9] - устраняют кросс-модуляцию ASE в усилителе и делают более стабильной работу каскада оптических усилителей. Мощность усиленного спонтанного излучения связана с коэффициентом усиления формулой [10]

РASE = h nsp(G – 1)/,

где h - постоянная планка, равная 6,625210-34 Втс2, - частота (Гц), соответствующая длине волны из диапазона 1530-1560 нм ( = с/, с = 2,9979108 м/с – скорость света, nsp - коэффициент спонтанной эмиссии, - квантовая эффективность. В идеальном случае nsp = = 1 при G >> 1, отнесенная ко входу мощность усиленного спонтанного излучения идеального квантового усилителя РАSЕid/G просто равна h, что при = 1550 нм составляет 1,2810-19 Вт/Гц в расчете на спектральную полосу 1 Гц. Размеру окна анализатора в 0,8 нм соответствует спектральное окно в 100 ГГц, что определяет приведенную к входу величину эффективной мощности усиленного спонтанного излучения 1,2810-8 Вт или -48,9 дБм).

Шум-фактор NF (noise figure) определяется как отношение с/ш на входе (SNRin) к отношению с/ш на выходе ( SNRout):

NF = (PSin/PNin)/(PSout/PNout) .

Важно отметить, что мощность шума на входе является квантово-ограниченной минимальной величиной и определяется нулевыми флуктуациями вакуума PNin = h. Мощность шума на выходе состоит из суммы мощности усиленного спонтанного излучения ASE и мощности шума нулевых флуктуаций вакуума, которые проходят через усилитель без изменения: PNout = РASE + h. Если учесть, что PSout/PNout = G, то шум-фактор можно выразить через коэффициент усиления и мощность, усиленного спонтанного излучения:

NF = (1 + РASE/h)/G.

Часто при описании EDFA значение шум-фактора указывается в дБ:

nf =101gNF.

Минимальный шум-фактор равен 1 (О дБ) и достигается при nsp/ = 1 или при G = 1. Это означает, что усилитель вносит минимальный шум, равный шуму идеального оптического усилителя. На практике сразу на 3 дБ (101g2) необходимо увеличить nf, так как существует два направления поляризации (две моды), в связи с чем nsp = 2, а типичные значения составляют 5,5 дБ. Чем ближе к 1 значение шум-фактора, тем меньше дополнительный шум вносит усилитель. В то же время при использовании каскада из нескольких усилителей полный шум-фактор возрастает. Найдем полный шум-фактор NF двух усилителей, характеризующихся соответственно усилением G1 и G2 и шум-факторами NF1 и NF2. Шум на выходе после двух каскадов записывается в виде

PNout= h[NF1G1G2 + (NF2 - 1)G2],

где учтен квантовый шум вакуума, который возникает только на выходе цепочки усилителей, а сигнал на выходе

PSout = G1G2 PSin,

откуда-полный шум-фактор равен (4.5).

Лучший способ получения устройства с низкошумящими характеристиками, как и в случае радиочастотных усилителей, состоит в использовании низкошумящего усилителя с большим усилением в первом каскаде и шумящего усилителя высокой мощности во втором каскаде. Первый каскад определяет также шумовую характеристику многокаскадного усилителя.

Измерение шум-фактора основывается на использовании формул (4.3) – (4.5), где G и РASE определяются экспериментально. На рис. 5 показана схема экспериментальной установки [11].

Рис. 5

Практическое значение имеет мощность усиленного спонтанного излучения, когда на вход EFDA подается полезный сигнал. Поэтому, измерять ASE следует именно при наличии такого сигнала. Анализатором измеряется мощность в окне (например, 100 МГц, 50 МГц или меньше) и приводится к 1 Гц. Поскольку выходной сигнал - линейно поляризован (поляризация его совпадает с поляризацией сигнала на входе от лазера), то поляризатор может полностью устранить эту компоненту полезного сигнала, пропуская шум ASE только с нормальной поляризацией, которая измеряется экспериментально (первое измерение). Шум в отличие от полезного сигнала - не поляризован, т. е. АSЕ = ASE . Полный шум ASE = АSЕ + ASE = АSЕ = 2ASE учитывает вклады от двух нормальных поляризаций. Полезный сигнал вычисляется по формуле Рout = Ptot - ASE . Измерение Рtot - полного выходного сигнала - происходит, когда ось поляризатора совпадает с направлением линейной поляризации полезного сигнала (второе измерение). Затем при помощи анализатора непосредственно измеряется мощность сигнала на входе Рin, то есть сигнал в отсутствии усилителя (третье измерение). Теперь по формулам 4.3) – (4.5) можно определить коэффициент усиления G.

Для примера в табл. 3 приведены технические характеристики двух промышленных моделей оптических усилителей EDFA EAU-200 и EAU-350, выпускаемых институтом Радиоэлектроники РАН (г. Фрязино) совместно с зарубежными компаниями IPG Laser, IP Fibre Devices и IPC-группа IRE-POLUS[12].

Классификация усилителей EDFA

В зависимости от применения, различают предварительные усилители, линейные усилители и усилители мощности, (рис. 6).

Предварительные усилители (предусилители) устанавливаются непосредственно перед приемником регенератора и способствуют увеличению отношения сигнал/шум на выходе электронного каскада усиления в оптоэлектронном приемнике. Оптические предусилители часто используются в качестве замены сложных и обычно дорогих когерентных оптических приемников.

Линейные усилители устанавливаются в промежуточных точках протяженных линий связи между регенераторами или на выходе оптических разветвителей с целью компенсации ослабления сигнала, которое происходит из-за затухания в оптическом волокне или из-за разветвления в оптических разветвителях, ответвителях, мультиплексорах W0M. Линейные усилители заменяют оптоэлектронные повторители и регенераторы в тех случаях, когда нет необходимости в точном восстановлении сигнала.

Таблица 3

Параметры

Минимум

Типовое

Максимум

Область применения

Аналоговые и цифровые ОВ сети, системы DWDM

Оптические характеристики

Зона усиления, нм

1530

1570

Мощность насыщения Рout sat при Pin = -3дБ, дБм: EAU-200

EAU-350

23,0

25,5

23,5

26,0

Малосигнальный коэффициент усиления g, дБ (=1545нм)

42

Неравномерность коэффициента усиления g в диапазоне 1553-1567 нм (Рin = -3 дБм), дБ

0,3

Поляризационная чувствительность насыщенного входного сигнала, дБ

0,2

Максимальные значения коэффициент шума nf в диапазоне 1545-1565 нм, дБ при Рin= -4 дБм

при Рin= +4 дБм

5,5

6,0

PMD, пс

0,2

Оптич. изоляция вход/выход, дБ

50

Характеристики физических интерфейсов входа/выхода

Тип входного/выходного волокна

SMF-28TM

Тип оптических соединителей

FC/РС, FC/SPC, FC/APC

Длина pig-tail-a, м

1,5

Параметры лазера накачки

Номинальная , нм

965

Полоса накачки, мкм

1100

Время наработки на отказ, час

500000

1000000

Электрические характеристики

Рабочее напряжение, В

5

7

Потребляемая мощность при 20 оС

12 Вт

Общие характеристики удовлетворяют стандарту Bellcore

Рабочий диапазон температур, оС

- 30

+ 65

Температура хранения, оС

- 30

+80

Время прогрева, мин.

3

Влажность, %

0

95

Размеры/вес, мм/кг

15х21х165/0,3

-Усилители мощности (бустеры) устанавливаются непосредственно после лазерных передатчиков и предназначены для дополнительного усиления сигнала до уровня, который не может быть достигнут на основе лазерного диода. Бустеры могут также устанавливаться перед оптическим разветвителем, например, при передаче нисходящего трафика в гибридных волоконно-коаксиальных системах кабельного телевидения.

Рис. 6

В табл. 4 приведена значимость параметров EDFA в зависимости от типа усилителя.

Таблица 4

Параметр

Предусилитель

Линейный усилитель

Усилитель мощности

Коэффициент усиления G

высокий*

средний

низкий

Коэффициент шума NF

низкий

средний*

низкий

Мощность насыщения Рout sut

низкая

средняя

высокая*

Нелинейность**

низкая

низкая

низкая

Зона усиления

узкая

широкая

широкая

Отклонение от плато G

не указывается

высокая линейность

высокая линейность

* указан наиболее значимый параметр;

** нелинейность охватывает совокупность характеристик: зависимость G от Рin, поляризационную чувствительность, PMD усилителя, поперечные помехи между каналами

Расчет числа каскадов линейных усилителей EDFA

Каждый усилитель осуществляет усиление сигнала (коэффициент усиления g(), дБ) и вносит определенный уровень шума N0(), Вт. Далее будем пренебрегать мощностью шума нулевых флуктуаций.

Обозначим удельное затухание в волокне (дБ/км), тогда полное затухание на длине L (км) сегмента между EDFA составляет L. Ниже приведены основные соотношения, описывающие процессы затухания в линии и усиление на EDFA для полезного сигнала и шума:

L =101g(Pвых i-1/Рвх i), (1)

g = 101g(Pвых i/Рвх i), (2)

L =101g(Nвых i-1/Nвх i), (3)

g = 101g[(Nвых i N0)/Nвх i], (4)

где введены обозначения Рвх i, Pвых i, Nвх i, Nвых i – cоответственно для мощности входного и выходного сигнала, а также входного и выходного шума по отношению к i-му усилителю. Оптические усилители характеризуются определенной мощностью насыщения выходного сигнала Рвых нас. Эффективная работа усилителя достигается при таком входном сигнале, когда выходной сигнал сравним с мощностью насыщения (обычно немного превосходит мощность насыщения) - при меньшем уровне входного сигнала возрастает удельный вес постоянной составляющей вносимого шума, а при большем уровне входного сигнала (следовательно, и входного шума) происходит усиление только шума. Таким образом, в идеально сбалансированной линии из каскада усилителей Pвых i-1 = Pвых i = Рвых нас. Отсюда L = g. Тогда, приравнивая соотношения (3) и (4), получаем Nвых i = Nвых i-1 + N0. Пренебрегая уровнем шума Nвых 0 в выходном сигнале от стартового регенератора, т.е. положив Nвых 0 = 0, для отношения с/ш на выходе k-го усилителя находим:

SNRk = pвых нас – nвых - 101gk (дБ), (5)

где nвых = 101gNвых = nвых id + nf = -134,1+10lg+g + nf (дБм), а в Гц.

Как видно из (5), SNR падает с ростом числа каскадов EDFA. Допустимая величина SNR зависит от сетевого/телекоммуникаци-онного стандарта. По этой причине выбор оптических усилителей с теми или иными параметрами, равно как и расчет максимального числа усилителей в межрегенерационной линии и максимальной протяженности сегментов, должны проводиться строго в соответствии с планируемым сетевым приложением. Например, если в мультиплексных каналах одновременно будут использоваться сетевые стандарты: ATM/STM-1, АТМ/STM-4, Gigabit Ethernet, STM-16, то достаточно удовлетворить самому жесткому требованию на SNR, из них, в данном случае, это - STM-16.

3. Оптимизация WDM/TDM

Сегодня реально существуют мультиплексные системы с синхронной цифровой иерархии SDH со скоростями передачи на канал 2,5 Гбит/с и 10 Гбит/с. Сравним два решения одинаковой пропускной способности 80 ГГц на основе систем, мультиплексирующих соответственно 32 канала STM-16 и 8 каналов STM-64.

При одинаковом недостатке (невозможности дальнейшего наращивания) система 32STM-16 имеет ряд преимуществ перед системой 8STM-64:

- большая протяженность линии;

- более гибкие возможности по наращиванию и наличие разнообразных грибных интерфейсов (1,5/2/6/8/34/45/140 Мбит/с);

- большее разнообразие среди существующих SDH архитектур;

- проще миграция к оптическому уровню,

Протяженность линии

Соотношение с/ш. В табл. 5 приведены основные параметры оптических спецификаций для стандартов STM-16 и STM-64 [13]. Как видно, система STM-64 предъявляет более высокие требования к соотношению с/ш, превышая на 5 - 10 дБ этот параметр для STM-16, что ведет к меньшему допустимому числу усилителей EDFA между регенераторами STM-64.

Таблица 5

Параметры

STM-16

(2,5 Гбит/с)

STM-64

(10 Гбит/с)

Минимальное отношение сигнал/шум, дБ

18 - 21

27 - 31

Допустимая дисперсия в кабельной системе, пс/нм

10500

1600

Ограничения из-за PMD

нет

< 400 км

Хроматическая дисперсия. STM-16 допускает существенно большую дисперсию сигнала в линии, чем STM-64, что дает выигрыш как в протяженности сегментов между последовательными оптическими усилителями, так и в общей протяженности линии между регенераторами. Ограничения на длину, возникающие из-за хроматической дисперсии, показаны а табл. 6 (для ОВ SF и NZDSF взяты значения удельной дисперсии 20 и 5,5 пс/(нмкм), соответственно). Благодаря линейности хроматической дисперсии, можно добиться значительного увеличения длин, указанных в таблице, используя вставки фрагментов BОK на основе волокна с компенсирующей дисперсией.

Таблица 6

Тип волокна

STM-16

STM-64

Стандартное одномодовое ОВ SF, км

525

80

Одномодовое ОВ с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF, км

1909

291

Поляризационная модовая дисперсия. Проведем оценки влияния PMD на передачу каналов STM-16 и STM-64. В рамках промышленных требований, PMD не должна превышать 1/10 битового интервала. Отсюда значения накопленной поляризационной модовой дисперсии не должны превышать 40 пс и 10 пс для линий STM-16 и STM-64 соответственно. Величина PMD по прохождению светом длины L определяется по формуле pmd(L) = T(L)0,5, где Т - удельная поляризационная модовая дисперсия. При Т = 0,5 пскм-0,5 (для ОВ NZDSF-TrueWaveТМ и SMF-LS™) получаем для линий STM-16 и STM-64 предельные протяженности между регенераторами 6400 км и 400 км соответственно. Первое ограничение так велико, что дело до него не доходит. Заметим, что в отличии от хроматической дисперсии, поляризационная модовая дисперсия не компенсируется. Поэтому уменьшить этот параметр можно только используя новые ОВ, например NZDSF - LEAF™, для которого Т 0,08 пскм-0,5.

На рис. 7 приведены гипотетические архитектуры линий для систем 32STM-16 и 8STM-64, имеющих одну и ту же полную длину 496 км. Как видно, в случае 32STM-16 связь между двумя регенераторами можно построить только на основе линейных оптических усилителей. В случае 8STM-64 требуется установить еще два промежуточных регенератора, вдобавок к этому сокращаются длины сегментов между усилителями EDFA.

Хотя ОВ обеспечивает огромную полосу пропускания, каналы доступа обычно рассчитаны на меньшую скорость. Терминалы STM-64 разработаны для создания стержневых магистралей и допускают подключение менее скоростных потоков синхронной цифровой иерархии только двух типов: STM-4 и STM-16. В случае необходимости организации доступа по менее скоростным каналам, например на основе STM-1 или на основе трибных интерфейсов плезиохронной иерархии Е1, Е2, ЕЗ и т. д., наряду с терминалом STM-64 потребуется дополнительный отдельный сетевой элемент, который будет связываться с терминалом STM-64 по каналу STM-4 или SТМ-16.

а

б

Рис. 7

В то же время сетевые элементы на каналы STM-16 и более низкие допускают реализацию прямого доступа. Допустимые низкоскоростные интерфейсы для терминалов SТМ-16 и STM-64 приведены в табл.

Таблица 7

Интерфейсы

STM-16

STM-64 (9953,280 Мбит/С)

Возможность ввода/вывода каналов

Да

Нет

STM-16 (2488,320 Мбит/с)

Да

STM-4 (622,488 Мбит/С)

Да

Да

STM-1 (155,520 Мбит/с)

Да

Нет

ЕЗ (34,368 Мбит/С)

Да

Нет

Е1 (2,048 Мбит/с)

Да

Нет

Архитектуры SDН

Сетевые элементы архитектуры STM-64 пока еще не настолько развиты, чтобы органично дополнить меньший масштаб иерархии STM-16. В Release 1.0 STM-64, в частности не включена такая возможность, как формирование архитектуры с кольцевой топологией. Именно большое разнообразие кольцевых архитектур (от одно-волоконного кольца до 4-волоконного двойного кольца) является одной из наиболее сильных сторон STM-16. Заметим, что использование волнового мультиплексирования позволяет строить смешанные архитектуры на основе кольцевой и линейной топологий в одном и том же ОВ, в то время как Release 1.0 STM-64 допускает развертывание исключительно линейных систем.

Поскольку трудно прогнозировать потребности в сетях и в полосе пропускания, то преимущества имеют те архитектуры, которые допускают более плавное наращивание своих ресурсов в более широких пределах. Развертывание системы 8STM-64 имеет большой шаг в 10 Гбит/с, в то время, как система 32STM-16 может наращиваться более плавно с шагом 2,5 Гбит/с. Кроме этого, сегментирование трафика в большее число волновых каналов - WDM-мультиплексиро-вание и последующая их полностью оптическая кросс-коммутация, а также ввод-вывод - представляется более простым решением, чем предварительное электронное агрегирование потоков STM-16 в меньшее число потоков STM-64 на терминале SDH.

4. Оптические коммутаторы

Оптические коммутаторы выполняют в сети несколько ключевых функций, которые можно разбить на следующие группы: восстановление, транспортировка и контроль.

Восстановление. При использовании методов коммутации с автоматической защитой сетевого трафика возможности обхода сбойных компонентов или обрывов ВОК обеспечиваются заблаговременным размещением коммутаторов в местах критических соединений сети.

Транспортировка. При изменении направления трафика в пределах сети коммутаторы решают две важные задачи. В устройствах оптического мультиплексирования методом добавления или ответвления каналов (optical add-drop multiplexers - OADM) коммутирующие элементы используются для извлечения данных, передаваемых по определенным волновым каналам (wavelength), как это задано проектировщиками сети. В ячеистых сетях коммутаторы используются для переключения входящих линий. Более конкретно, краевые (edge) коммутаторы осуществляют коммутацию и соединение входящих низкоскоростных линий для передачи данных в магистрали ОС-3 или ОС-12. Световые или оптические кросс-соединители (photonic crossconnects), называемые также оптическими коммутаторами (photonic switches) или маршрутизаторами по длине волны (wavelength routing), размещаются в местах критических соединений в пределах центральной части сети, коммутируя из одного порта в другой всю полосу пропускания ВОК, полосу частот или отдельные волновые каналы. Несмотря на то что они называются маршрутизаторами по длине волны, они создают маршруты на базе коммутируемых каналов на нескольких i и гибким образом перенаправляют поступающий сигнал с одной 1 на исходящую волну с другой 2 под управлением Wavelength Routing Protocol (WARP).

Сетевое тестирование и управление. Коммутаторы используются также при тестировании отдельных компонентов, когда каждый коммутируемый оптический путь характеризуется неким заданным контрольным параметром. Аналогичным образом, в таких, например, испытательных приборах, как оптические рефлектометры с разрешением по времени, коммутирующие элементы используются для проверки множества ВОК на удаленных узлах или для контроля активности трафика способом, не нарушающим его прохождения.

Коммутаторы, предназначенные для транспортировки сигналов по оптическим сетям можно разделить на две группы: оптические коммутаторы (all-optical switcher), которые также называют прозрачными, световыми (photonic) или ООО-(optica-optical-optical) коммутаторы, и электрооптические коммутаторы, называемые также непрозрачными или ОЕО-(optical-electronic-optical) коммутаторами. Оптические коммутаторы принимают оптический сигнал на входе, осуществляют его коммутацию, и направляют через свой выход далее. Электрооптические коммутаторы принимают оптические сигналы на входе, преобразуют их в электрические сигналы, выполняют некоторую вычислительную работу (это может быть поиск адресов в базе данных маршрутизации, если этот процесс включен в функции коммутации, или же выполнение дополнительных функций иного рода), после чего ретранслируют оптические сигналы на выходе. В случае ООО из одного порта в другой перемещается, как правило, вся полоса пропускания ВОК. Коммутаторы ОЕО обычно допускают возможность дифференцированного перемещения отдельных волновых каналов. Производители коммутаторов не прекращают поиск путей, которые, в конечном счете, позволили бы осуществлять коммутацию непосредственно фотонов, образующих пакеты, без промежуточного превращения их в электрические сигналы, хотя на сегодняшний день эта идея далека от реализации.

Возможно, когда-нибудь в далеком будущем в оптических сетях на всем их протяжении между любыми двумя конечными точками все будут делать исключительно фотоны, однако на сегодняшний день без совместного присутствия в сетях и фотонов, и электронов невозможно обойтись. Оптические коммутаторы прозрачны для любых скоростей передачи и любых протоколов, поэтому для поддержки любого вида трафика им вполне достаточно иметь всего один интерфейс. Их возможности в отношении скорости коммутации мощных потоков данных просто поражают. Кроме того, они позволяют избежать высоких расходов, связанных с преобразованием сигналов из оптической формы в электрическую и наоборот. Все это делает оптические коммутаторы весьма подходящими для использования в центральной части сетей в качестве оптических кросс-соединителей.

Перед электрооптическими коммутаторами сегодня стоят совершенно иные задачи. Поскольку сигнал в них преобразуется в электрическую форму, они могут извлекать служебную сетевую информацию и восстанавливать сигнал. На сегодняшний день ни одна из этих функций не может быть выполнена исключительно оптическими средствами.

Электрооптические архитектуры находят также применение в упорядочивающих коммутаторах. Упорядочивающие (grooming) коммутаторы просматривают входящий STM-n-поток, идентифицирует пункты назначения мультиплексированных каналов, а затем реорганизуют каналы таким образом, чтобы сделать их доставку по назначению максимально эффективной. В отличие от этого мультиплексоры объединяют кадры и направляют их в выходной порт вне зависимости от того, куда они пересылаются.

Одно время считалось, что без использования прозрачных коммутаторов невозможно добиться высокой плотности портов. В случае непрозрачных коммутаторов этот показатель ограничивался 256 портами. Однако, благодаря совершенствованию кремниевых технологий, эта разница сгладилась, и сегодня для непрозрачных коммутаторов стала достижима плотность, исчисляемая 1024 портами. Прозрачные коммутаторы все еще имеют более высокие значения этого показателя, достигающего 4000 портов, но при этом часто требуют использования не до конца отработанных технологий, а это влечет за собой повышенный, по сравнению с обычными кремниевыми методиками, используемыми в непрозрачных коммутаторах, риск. Дополнительное масштабирование непрозрачных коммутаторов, возможно, и не устранит потребность в прозрачных коммутаторах, но благодаря ему телефонные компании уже имеют возможность отложить развертывание основанных на них систем.

Использование упорядочивающих коммутаторов позволяет реорганизовать трафик для достижения максимальной эффективности доставки данных.

И все же, поскольку непрозрачные коммутаторы не в состоянии в полной мере обеспечить те характеристики масштабируемости и независимость протоколов, которые свойственны прозрачным коммутаторам, сосуществование обеих технологий, по всей видимости, будет сохраняться. В то время как непрозрачные коммутаторы применяются для организации доступа к упорядоченному трафику, прозрачные коммутаторы используются в центральной части сети либо для агрегации данных с целью повышения скорости передачи через порт, например в соответствии со стандартами от ОС-48 до ОС-192, либо для обеспечения ремаршрутизации трафика без преобразования сигналов в электрическую форму.

Прозрачные коммутаторы размещаются в центральной части сети в окружении непрозрачных коммутаторов, которые объединяют трафик, приходящий из центральной части общегородских сетей.

Разумеется, приведенное выше описание носило упрощенный характер. Увеличение производительности непрозрачных коммутаторов позволяет телефонным компаниям постоянно расширять их внедрение в общегородские сети. В то же время, по мере того как поставщики дополнительно усиливают возможности оконечных коммутаторов за счет DWDM и интеллектуальной маршрутизации, эти коммутаторы, обладающие улучшенными возможностями упорядочения трафика, могут обрабатывать все большее число каналов. В результате этого создаются благоприятные условия для расширения масштабов применения методов оптической коммутации в сети.

Хотя методы оптической коммутации являются довольно новыми, сама идея коммутации довольно стара и базовая архитектура для проектирования систем коммутации в основном осталась неизменной. Простейшими коммутаторами являются оптические кросс-соединители (optical crossconnects - ОХС), которые получают данные на один входной порт и коммутирует их на два или более выходных порта.

Существует два типа кросс-соединителей, или, выражаясь техническим языком, пространственных (space-division) коммутаторов: транспозиционные (permutation) и общего типа (generalized). Транспозиционные коммутаторы состоят из соединений типа «один-один» между различными портами. Соединения типа «один-множество» невозможны и полное число соединений определяется суммарным количеством попарных комбинаций конечных точек, отсюда и название коммутаторов этой категории - транспозиционные.

В то же время, коммутаторы общего типа могут соединять один входной порт с множеством выходных или же множество входных портов с одним выходным. В результате число различных возможных вариантов соединения увеличивается. Дальнейшим шагом являются специальные коммутаторы, называемые линейными делителями-объединителями (linear divider-combiner - LDC), которые позволяют телефонным компаниям распределять входную мощность между выходными портами для обеспечения улучшенных характеристик затухания.

Кроме того, коммутаторы общего типа и LDC могут не выпускать сигнал наружу, тогда как в случае транспозиционных коммутаторов это невозможно. Это означает, что сети, включающие в себя транспозиционные коммутаторы, могут быть очень запутанными, и возможность образования вследствие этого непреднамеренных соединений может доставить много головной боли. Например, в случае сетей WDM для некоторых волновых каналов замкнутые маршруты могут образовывать кольца. Во многих сетях WDM используются усилители, и эти усилители являются источником шумов, хотя эти шумы и небольшие. В случае образования колец шумы накапливаются и очень быстро нарастают, интерферируя с другими волновыми каналами или отбирая от них мощность.

Оптическая коммутация принципиально отличается от механической коммутации потоков. При механической коммутации время срабатывания составляет десятки мс (в среднем от 20 до 50 мс). При оптической коммутации время срабатывания определяется переходными процессами в электрической цепи управления оптического коммутатора и обычно на несколько порядков меньше.

Оптический коммутатор - это один из наиболее важных элементов AON, без которого невозможно строить масштабируемые архитектуры. Большинство основных конструкций оптических коммутаторов должно иметь, по крайней мере, два выхода. Основными параметрами коммутатора являются: перекрестные помехи, вносимые помехи, скорость переключения, управляющее напряжение. В настоящее время используются разнообразные типы оптических коммутаторов - направленные ответвители, мостовой балансовый интерферометр и коммутатор на скрещивающихся волноводах. В основе работы оптического коммутатора используется линейный электрооптический эффект Поккельса (Pockels), который заключается в изменении показателя преломления материала пропорционально напряженности приложенного электрического поля. Эффект Поккельса может наблюдаться только в кристаллах, не обладающих центром симметрии.

Устройства мультиплексирования/демультиплексирования WDM, волновые фильтры и оптические коммутаторы имеют одну общую деталь — в основе их работы лежат в той или иной степени интерференционные эффекты. Основные принципы работы легче рассмотреть, на простейшем четырехполюснике - разветвителе-коммутаторе.

Разветвитель-коммутатор 22 (элемент 22)

Общая схема сплавного направленного ответвителя-переключателя Х-типа показана на рис. 8 а, а его модуляционная характеристика в режиме переключения на рис.8 б. Излучение, введенное в один волновод, проникает в другой за счет перекрытия реактивных полей двух волноводов. Погонный коэффициент связи k зависит от параметров волновода, длины волны и ширины зазора g между волноводами. Разветвитель характеризуется разностью постоянных распространения двух волноводов = 2(N1 – N2)/, (где N - эффективные показатели, преломления) и длиной L.

a б

Рис. 8

Прикладывая электрическое напряжение к электродам, расположенным по бокам или сверху и снизу волноводов, образующих так называемую ячейку Поккельса, можно регулировать фазовую расстройку за счет линейного электрооптического эффекта.

Далее следует решить систему двух комплексных дифференциальных уравнений, описывающих взаимосвязанные моды [10]:

iR = - R + kS, (6)

iS = S + kR, (7)

где = /2, R и S - комплексные амплитуды волн в двух волноводах, штрих - означает производную по х. В случае, когда в один волновод вводится единичная мощность (R(0) = 1, S(0) = 0), из решения уравнений (6) и (7) определяем мощность, переданную в другой волновод (величину S(L)2), которая называется эффективностью передачи:

= sin2kL[1 + (/k)2]0,5/[1 + (/k)2] . (8)

В случае симметричной конструкции на основе двух одинаковых волноводов (рис. 8 а) в отсутствии напряжения ( = 0) получаем = sin2 kL. Полная передача мощности происходит при kL = (2n + 1)/2, где n - целое число, и минимальная длина при этом будет определяться выражением L = /2k. В силу полной линейности и однородности системы уравнений (6) и (8), любая линейная комбинация двух решений также будет решением. Добавляя свойство симметрии, получаем, что при условиях ( = 0 и L = /2k), полная (кроссовая) передача мощности будет иметь место для обоих сигналов, входящих в каждый волновод - сигналы должны быть одной и той же длины волны, а именно той, для которой рассчитывался коэффициент передачи k, и, соответственно, длина участка взаимодействия L. Заметим, что при 0 полная передача мощности невозможна ни при каких значениях kL.

Параллельное прохождение ( = 0) можно обеспечить за счет подачи электрического потенциала, вводя фазовую расстройку . Легко определить величину необходимой расстройки = 30,5/L. В отсутствии напряжения эффективности связи между волноводами коммутатора составляет 100% (оптические сигналы полностью кроссируются - входят в один волновод, выходят из другого), а при подаче необходимого напряжения эффективность связи уменьшается до 0. Поскольку уравнения (6) и (7) линейны по обоим аргументам и однородны, то суперпозиция любых двух, являющихся по отдельности решений, также будет решением. Таким образом, разветвитель-коммутатор 22 осуществляет коммутацию без блокировки.

Еще одна реализация разветвителя-коммутатора 22, состоящая из двух последовательных Х-разветвителей, представлена на рис. 9. Оптические сигналы после прохождения по разным плечам интерферируют во втором разветвителе. Путем изменения напряжения на электродах, охватывающих одно из плеч, можно регулировать разность фаз между приходящими во второй разветвитель сигналами и тем самым влиять на характер интерференции.

Рис. 9

Наряду с электрооптическим эффектом, для осуществления коммутации также широко используется акустооптический эффект, который рассмотрен в работах [14, 15].

Имеется ряд технических реализаций пространственных коммутаторов 22 на основе полупроводниковых оптических усилителей. Описание таких устройств, а также более сложных производных устройств для создания временных задержек приводится в работах [16, 17].

Оптические коммутаторы пп

На основе оптических разветвителей-коммутаторов 22 строятся более сложные оптические коммутаторы nn. Поскольку на элементы 22 подаются сигналы одной и той же длины волны, то и составленный из них коммутатор nn будет работать с оптическими сигналами той же длины волны. Важными характеристиками коммутатора, кроме рабочей длины, являются также максимальные вносимые потери и поперечные помехи на выходных полюсах. Прежде чем приступать к рассмотрению общих вопросов построения оптических коммутаторов nn и их особенностей, проанализируем работу некоторых простых моделей (рис. 10).

Матричный строго неблокирующий коммутатор 44 (рис. 10 а) с 16 элементами представляет частный случай более общего матричного коммутатора. Заметим, что число элементов между разными парами входных и выходных полюсов может меняться в пределах от минимального 1 (элемент 1.1) до максимального 7 (элементы 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 3.4, 2.4, 1.4). Если учесть, что по прохождению каждого элемента теряется доля мощности полезного сигнала, а также вносится шум, то в неравном положении оказываются различные пути (с малым и большим числом промежуточных элементов). Соединение между любым входным и выходным полюсом всегда можно установить независимо от того, как скоммутированы оставшиеся пары полюсов, и не влияя на их соединение (свойство строгой неблокируемости коммутатора). Путь соединения однозначно определяется входным и выходным полюсами.

а б

в

Рис. 10

Коммутатор 44 (рис. 10 б) с 6 элементами представляет перестраиваемый неблокирующий коммутатор. Хотя число элементов в этом коммутаторе значительно меньше, чем в матричном 44, он позволяет всегда без блокировки установить 4 соединения для заранее заданных пар входных-выходных полюсов (1-i), (2-j), (З-k), (4-1), где выходные полюсы (i, j, k, 1) представляют любую перестановку (1, 2, 3, 4). Рассмотрим теперь процесс последовательногo установления пар соединений. Пусть сначала было установлено соединение вх.1-вых.1 (1 - 1.1 - 1.2 - 1.3 - 1), затем соединение между вх.2 и вых.2 - это соединение устанавливается единственным путем (2 - 1.1 - 2.2 - 1.3 - 2), и, наконец, соединения (4 - 2.1 - 2.2 - 2.3 - 4) и (3 - 2.1 - 1.2 - 2.3 - 3). Пусть далее происходит разрыв соединений вх.1-вых.1 и вх.4-вых.4, т. е. порты вх.1, 4 и вых. 1, 4 становятся свободными (остальные соединения продолжают действовать). И теперь, видно, что установление соединения полюсов вх.1 и вых.4. невозможно из-за блокировки. Блокировку можно снять только путем дополнительной реконструкции уже действующих соединений.

Коммутатор 3232 (рис. 10 в) с 90 элементами представляет блокирующий коммутатор типа Delta. В этом коммутаторе можно установить соединение между любым входным и выходным полюсами. Однако в случае попытки установления множественных соединений возможны блокировки, которые в принципе невозможно устранить. Например, нельзя одновременно передать сигналы, приходящие на полюсы 1, 2 и выходящие через полюсы 31, 32. Блокировка распространяемых сигналов возникает уже на участке связи между элементами 1.1 и 2.2.

Общий анализ работы коммутаторов

Элементом 22 (обозначение Х2,2), будем называть четырехполюсник с двумя входами а, b и двумя выходами с, d, который может находиться в одном из двух состояний: либо с соединениями а-с, b-d, либо с соединениями а-d, b-с. Коммутатором nn будем обозначать граф, узлами которого являются элементы 22, имеющий n входов и n выходов, причем для любого входного и выходного полюсов можно построить соединение, проходящее через соответствующие элементы коммутатора. Обозначим через nC и nL соответственно полное число элементов коммутатора и максимальное число элементов на пути между входным и выходным полюсами.

Коммутатор называется строго неблокирующим (strictly non-blocking), если для любой свободной пары входных-выходных полюсов (i, k) и при любых предварительно установленных соединениях других пар полюсов всегда можно построить соединение i-k, не перестраивая (не разрывая) уже существующие соединения.

Примером строго неблокирующего коммутатора является матричный коммутатор nn у которого nC = n2 и nL = 2n - 1 (рис. 11, табл. 8).

Таблица 8

Назва-

ние комму-

татора

Сим-вольное обозна-

чение

Тип коммутатора

nC

nL

Delta

Dn,2*

Блокирующий

0,5n log2n

log2n

Ваnуаn

Yn,2

Блокирующий

Omega

n,2

Блокирующий

Batcher + Ваnуnаn

Sn Yn,2

Перестраиваемый неблокирующий

0,25nlog2n(3 +

+ log2n)

0,5log2n(3+

+ log2n)

Benes

Bn,2

Перестраиваемый неблокирующий

0,5n(2log2n - 1)

2log2n - 1

Cantor

Kn,2,m

Строго неблоки- рующий

n(log2n)2 +

+ 1,5n log2n – 2n

2log2(log2n)+

+ log2n

Crossbar

Xn,2

Строго неблоки- рующий

n2

2n - 1

* n - число входных/выходных полюсов (2 характеризует тип элемента - 22)

Свойство строгой неблокируемости считается одним из наиболее важных при оптической коммутации. Дело в том, что процедура преодоления блокировки путем предварительного помещение в буфер ячейки или кадра, как это делается в традиционных системах электронной коммутации, затруднительна в полностью оптических сетях. Матричными коммутатором nn легко управлять, например если считать, что в отсутствии напряжения все элементы скроссированы (рис. 11), то для установления соединения i-k достаточно подать напряжение на элемент i.k. До тех пор, пока существует это соединение, все элементы в строке i и столбце k за исключением i.k будут оставаться без напряжения, независимо от того, как устанавливаются другие соединения. По этим причинам матричный коммутатор nn представляется одним из наиболее эффективных при создании оптических коммутаторов с небольшим числом портов. Недостатком является сильный рост значений параметров nC и nL с возрастанием числа входных полюсов n.

Коммутатор nn называется блокирующим (blocking), если существует перестановка (i1, i2, ..., in ) чисел (1, 2, ..., n), для которой невозможно найти n взаимно неблокированных путей, связывающих входные и выходные полюсы (1,i1,), (2,i2), (n,in). Наиболее известны три альтернативных типа блокирующего коммутатора: Delta Dn,2, Banyan Yn,2 и Omega n,2, (рис. 12) [18, 19]. Для коммутатора Delta рекурсивное определение выглядит так:

D2,2 = X2,2, Dn,2 = X2,2Dn/2,2.

Рис. 11

Анализ коммутаторов Delta, Banyan и Omega показывает, что они имеют одинаковые предельно низкие значения параметров nC и nL cреди блокирующих коммутаторов nn (табл. 8), что обеспечивает им сравнительно низкую себестоимость. Эффективность блокирующих коммутаторов сильно падает с ростом числа входных каналов.

Коммутатор nn называется перестраиваемым неблокирующим (rearrangeable nonblocking), если для любой заданной перестановки (i1, i2, ..., in ) чисел (1, 2, ..., n), (1, 2, ..., n), всегда можно найти n взаимно неблокированных путей, связывающих входные и выходные полюсы (1,i1,), (2,i2), (n,in). В общем случае, такие пути получаются сильно взаимосвязанными. При использовании перестраиваемых неблокирующих коммутаторов можно встретиться с ситуацией, когда для того, чтобы удовлетворить очередной приходящий запрос на установку соединения между определенными входными и выходными полюсами, может потребоваться перестройка внутренней структуры других соединений.

а б

в г

Рис. 12

Перестраиваемый неблокирующий коммутатор может быть построен путем модернизации рассмотренных блокирующих коммутаторов. Например, коммутатор Ваnуаn с предшествующим Batcher сортировщиком позволяет устранить блокировки [20]. Такой улучшенный коммутатор (Batcher + Banyan, SnYn,2) весьма эффективен и широко используется в технологии АТМ, где коммутация осуществляется по идентификационным полям в заголовке ячейки АТМ. Он имеет значительно меньшее число элементов (nlog2(n2), см. табл. 8) по сравнению с матричным коммутатором. Batcher сортировщик не исключает возможность косвенного изменения (перестраивания) существующего маршрута под действием сигналов, поступающих на другие порты. Коммутаторы SnYn,2 могут найти широкое применение в AON с коммутацией пакетов, обрабатывая приходящие пакеты аналогично тому, как АТМ коммутатор обрабатывает ячейки.

Еще один пример перестраиваемого неблокирующего коммутатора - так называемый Веnе коммутатор Вn,2 - показан на рис. 13 а. Как видно, он имеет большое сходство с Delta коммутатором, а его рекурсивное определение записывается в виде:

B2,2 = X2,2, Bn,2 = X2,2Bn/2,2X2,2.

а

б

Рис. 13

На основе коммутатора Вn,2 строится строго неблокирующий Cantor коммутатор, (рис. 13 б, табл. 8), рекурсивное определение которого записывается в виде: Kn,2,m = X1,mBn,2Xm,1. Минимизация параметров nC и nL достигается при m = log2n.

При больших значениях n - Caritor коммутатор будет иметь преимущество по параметрам nC и nL перед матричным коммутатором.

5. Волновые конвертеры

В AON волновой конвертер осуществляет чисто оптическое преобразование длины волны приходящего сигнала в другую длину волны Принцип действия такого преобразования (также известного как -конверсия), основан на эффектах нелинейного взаимодействия исходного оптического сигнала со специальным сигналом от лазера накачки, в результате чего образуется излучение новой длины волны. Преобразование полностью прозрачно по отношению к частоте модуляции и в отличии от оптоэлектронных преобразований не вносит задержки и способно работать вплоть до частот модуляции 10 Гбит/с и выше. Ожидается появление волновых конвертеров, осуществляющих одновременно преобразование длин волн сразу нескольких входящих сигналов, причем в пределах широкого волнового диапазона и малыми вносимыми шумами.

Один из методов волновой конверсии основан на использовании ферроэлектрического кристалла, внутри которого создаются условия для нелинейного оптического взаимодействия (рис. 14 а). Периодическая структура с чередующейся сменой направлений поляризаций увеличивает эффективность волнового преобразования. При одновременном распространении входного сигнала и сигнала от лазера накачки происходит генерация света на частоте, равной разности частоты волны накачки входного сигнала, т.е. выполняется закон сохранения энергии: 1/С = 1/р - 1/s.

На рис. 14 б (по материалам фирмы OKI Electric Industry [21]) показан пример экспериментальных профилей мощности входного (s = 1536 нм) и выходного (C = 1545 нм) сигналов при длине волны накачки p = 770 нм, полученных с использование такой периодической структуры. Основные технические параметры системы: мощность лазера накачки 10 мВт; диапазон длин волн перестраивания лазера накачки - 100 нм; полная длина кристаллической структуры 10 мм.

В работе [22] в качестве нелинейной среды использовано ОВ с нулевой смещенной дисперсией DSF длиной 2 км. Нелинейный эффект, приводящий к генерации новой длины волны, основан на четырехволновом смешивании, причем закон сохранения энергии записывается в виде: 2/p = 1/s +1/C. Наибольшая эффективность достигается в окрестности точки нулевой дисперсии, где значительно возрастает сечение четырехволнового смешивания. В связи с этим длину волны лазера накачки следует выбирать как можно ближе к длине волны нулевой дисперсии волокна DSF.

Рис. 14

6. Классификация AON

С увеличением объема передаваемой информации по сети возникает задача наращивание емкости сети. Менее трудоемкое наращивание волоконно-оптических сетей происходит либо при помощи замены коммутаторов в центральных узлах на более мощные электронные устройства, рассчитанные на скорость передачи по волокну до 1 Гбит/с, 2,5 Гбит/с или до 10 Гбит/с и имеющие различные вариации механизма пакетной коммутации АТМ/SDH, Gigabit Ethernet и т.д., либо при помощи привлечения ранее не используемых резервных “темных” волокон в проложенных ВОК. Если больше не осталось “темных” волокон то остается один путь - прокладывать новые кабели, но такое решение может оказаться очень дорогим, неудобным и не всегда быстрым. Другой путь - привлечение оптических технологий и построение магистралей на основе технологий AON, что делает возможным значительно повысить экономичность, гибкость и надежность сетей, и, самое главное - значительно увеличить пропускную способность, не переоборудуя существующие кабельные системы.

Все AON можно разбить на три основные категории [23, 29]: сети, использующие многоволновые (мультиплексные) линии связи, сети с коммутацией каналов и сети с коммутацией пакетов (табл. 9).

Первые две категории AON имеют одну важную характеристику - прозрачность сети по отношению к используемому приложению. Главным фактором прозрачной AОN выступает гибкость по отношению к используемым конечными узлами приложениям (АТМ, FDDI, и т.д.). Оптическая прозрачность (передача оптического сигнала в формате приложения - код, частота модуляции) достигается по любому из оптических WDM каналов от узла-источника до узла-назначения без использования оптоэлектронных устройств преобразования сигнала. Сигнальный формат в пределах каждого WDM канала может быть виртуально произвольным, обеспечивая экономичность и гигантский потенциал наращивания. Кроме чисто пассивных компонентов (мультиплексоров, демультиплексоров, ответвителей), прозрачные AОN могут содержать активные элементы, такие как, конфигурируемые волновые маршрутизаторы, волновые конвертеры, оптические коммутаторы. Даже если управление этими устройствами электронное, весь путь распространения самого сигнала остается оптическим. Электронный контроль требует меньшей полосы (допустимо под управление выделение специального отдельного канала) и используется, главным образом, для реконфигурирования узлов сети, WDM каналов, изменения структуры потоков, удовлетворяя различным требованиям пользователей.

Таблица 9

Категория сети

Подкатегория

Характеристики

Многоволновая мультиплексная линия связи

Полностью прозрачная по отношению к оконечным узлам

Полностью оптическая с коммутацией каналов

Широковещательная (пассивная) сеть

Полностью прозрачная

Сеть с пассивной волновой маршрутизацией

Полностью прозрачная

Сеть с активной волновой маршрутизацией

Полностью прозрачная

Полностью оптическая с коммутацией пакетов

Сеть с последовательной битовой коммутацией пакетов

Прозрачная при использовании установленного протокола

Сеть с параллельной битовой коммутацией пакетов

Прозрачная при использовании установленного протокола

Оптическое терминальное оборудование в прозрачной AОN в наиболее общем случае представляют: перестраиваемые лазерные передатчики (tunable-laser transmitters) и/или перестраиваемые поворотные фильтры (tunable filters или heterodynes). Два оконечных узла сети могут установить канал связи через такую сеть посредством настройки на определенные две волны (для приема и передачи), которые им предоставляет сетевой контроллер оптического терминала, обработав соответствующий предварительный запрос. После установления соединения магистральный канал становится прозрачным по отношению к используемому приложению.

Допускается более интересная возможность, когда любая группа пользователей может получить соответствующий набор длин волн от прозрачной AON и организовать свою собственную виртуальную сеть. Каждый пользователь в этой сети способен открыть одновременно несколько сессий. Таким образом, прозрачная AON потенциально обладает очень богатыми возможностями объединения пользователей на локальном или глобальном масштабах расстояний.

Многоволновая линия связи SMWL

Такая сеть представляет простейший способ организации архитектуры AON (указано только одно направление передачи данных, рис. 15) и позволяет организовать множество соединений “точка-точка” между однотипными узлами, которые общаются на вполне определенных, предназначенных исключительно для них, длинах волн.

Рис.15

Преимуществами данной сети являются: большая полоса пропускания, отводимая на каждую пару взаимодействующих между собой пользователей; высокая надежность связи вследствие гарантированной полосы пропускания (под каждый канал отводится отдельная длина волны); прозрачность каждого канала сети по отношению к выбору сетевого приложения (АТМ, Gigabit Ethernet, SDH/PDH и т.д.) между оконечными узами. Недостатком является наличие жестко зафиксированных соединений по каналам. В настоящее время в сетях кабельного телевидения получили большое распространение симплексные многоволновые линии связи, в которых передача ведется только в одном направлении.

Многоволновая линия связи не является полноценной сетью, поскольку не позволяет осуществлять соединения удаленных узлов по принципу “каждый с каждым”. Она выполняет исключительно функции транспортной магистрали высокой емкости и подобно магистралям SDH обеспечивает статическое соединение “точка-точка”, только с частотным мультиплексированием. Многоволновые линии связи могут находиться в составе более сложных архитектур полностью оптических сетей.

Параметры многоволновых мультиплексных линий связи

Три основные черты магистральной многоволновой линии связи (высокая частота модуляции сигналов в каналах, высокая плотность мультиплексных каналов и большие расстояния сегментов) заставляют строго подходить к требованиям по передаче информации. Наиболее важные факторы, ограничивающие технические возможности оптической линии, приведены ниже [24].

Соотношение сlш. Для того, чтобы поддерживать необходимое соотношение с/ш, число последовательных узлов EDFA, включенных в световой путь, должно быть ограничено. Как известно, оптические усилители EDFA вносят шум, что при большом числе последовательных соединений приводит к значительному искажению сигнала. Моделирование без учета влияния дисперсии сигнала в волокне показывает, что максимум 18 каскадов EDFA может быть установлено между регенераторами при скорости передачи 622 Мбит/с с приемлемым для стандарта STM-4 соотношением сигнал/шум, всего 11 узлов при скорости передачи 2,5 Гбит/с с удовлетворительным соотношением сигнал/шум. Реальное число каскадов EDFA из-за дисперсионной деградации сигнала уменьшается примерно в два раза.

Полоса пропускания усилителей ЕDFA. Поскольку передаточная характеристика EDFA в рабочей области не плоская даже для фтор-цирконатных EDFA, то разброс в 2 дБ остается при коэффициенте усиления 30 дБ. После 50 каскадов усилений начальная зона в 30 нм сокращается до 10 нм. С этой точки зрения желательно для передачи использовать плотно расположенные волновые каналы (DWDM) и в области наибольшего плато. При передаче мультиплексного сигнала, размещенного в широкой зоне EDFA, в случае большого числа каскадов, могут требоваться специальные эквалайзеры, вносящие затухание на тех длинах волн, соответствующие каналы которых испытывают наибольшее усиление.

Поперечные помехи. Поперечные помехи могут быть как межзонными, так и внутризонными. Межзонные помехи возникают между двумя различными длинами волн и обычно не носят кумулятивный характер, поскольку существует множество фильтров в сети. Для их подавления достаточно поставить соответствующий узкозонный фильтр перед оптическим приемником. Внутризонные помехи значительно сложнее контролировать. Они могут накапливаться, и простым способом их подавить невозможно. Анализ показывает, что чувствительность фильтра должна быть более, чем на 20 дБ ниже для соседней длины волны, чтобы минимизировать эффект внутризонных помех. Внутризонные помехи могут включать когерентные биения. При расчете и создании архитектур AON следует оценивать вклад от внутризонных помех. Простые фильтры типа Фабри-Перо не имеют достаточно резкой передаточной характеристики, чтобы уменьшить внутризонные поперечные помехи.

Линейная диспепсия волокна. Основным фактором является систематическое накопление хроматической дисперсии в одномодовом ОВ, которая для ОВ типа NZDSF может достигать 5 - 6 пс/нм в расчете на 1 км. Полная допустимая величина дисперсии в оптическом сегменте между регенераторами зависит от стандарта.

Нелинейная диспепсия EDFA. Использование оптических усилителей позволяет компенсировать потери мощности в ОВ, но это создает дополнительные нелинейности - хвосты в спектральном представлении сигнала, несущие меньшую мощность испытывают большее усиление по сравнению с центральной частью пакета, приводя к появлению нелинейной дисперсии. Увеличение пролетов между каскадами EDFA, и, соответственно, уменьшение числа самих каскадов, снижает нелинейную дисперсию, но усиление более слабого сигнала приводит к уменьшению соотношения с/ш.

Поляризационная модовая дисперсия (PMD). Эта дисперсия возникает в ОВ из-за неидеальной циркулярности реального ОВ. Практически PMD начинает вносить ограничение на длину безрегенерационного участка только при очень большой скорости передачи на канал (10 Гбит/с). При этом максимальное значение PMD в линии не должно быть больше 1/10 от битового интервала [25, 26]. PMD нелинейно зависит от расстояния L (как L-0,5), поэтому растет медленнее с ростом расстояния.

Стимулированное Рамановское рассеяние. Этот нелинейный эффект, также известный как спонтанное комбинационное рассеяние, связан с рассеянием света на колебаниях поляризованных молекул ОВ.

Под действием света большой интенсивности происходит поляризация совершающих тепловые колебания молекул, при этом сам падающий свет испытывает рассеяние, трансформируя часть своей энергии как в традиционный рэлеевский компонент (на частоте падающего света ), так и в два боковых нелинейных компонента: стоксовый (на частоте - ) и антистоксовый (на частоте + ), где - частота колебаний молекул в ОВ. Именно два нелинейных компонента приводят к поперечным помехам между каналами в мультиплексном сигнале и, в конечном итоге, к его деградации. Из-за этого, в частности при мощности передатчика 0 дБм и межканальном интервале 4 нм, только 8 каналов можно мультиплексировать при протяженности линии 1000 км, и только 4 канала при протяженности 8000 км [27].

Четырехволновое смешивание FWМ. Природа нелинейного эффекта FWM связана с наличием слабой зависимости показателя преломления ОВ от интенсивности распространяемого по нему света, в результате чего из двух волн с частотами i, j появляется две новые волны с частотами k и l причем i + j = k + l , как того требует закон сохранения энергии. При попадании новых волн в спектральные области существующих каналов будут иметь место поперечные помехи между каналами. Влияние поперечных помех из-за FWM увеличивается с приближением хроматической дисперсии к нулю и максимально в окрестности точки нулевой дисперсии. Наиболее сильно подвержено влиянию FWM ОВ с нулевой смещенной дисперсией DSF - длина волны нулевой дисперсии у этого ОВ попадает в рабочую область усиления EDFA.

Итак, технические параметры оптических систем (протяженность сегментов, число мультиплексных каналов в одном ОВ, интервалы между каналами, битовая скорость и др.) в большой степени взаимосвязаны между собой и зависят от перечисленных факторов. Для увеличения транспортных свойств следует руководствоваться следующими критериями:

- уменьшать интервалы между каналами (при этом необходимо принимать во внимание, что в волокне DSF сильные поперечные помехи в каналам могут возникать из-за FWM по мере приближении к точке нулевой дисперсии);

- минимизировать число длин волн при протяженных пролетах и большом числе каскадов EDFA;

- стремиться не делать очень большой мощность вводимого в ОВ излучения - в противном случае, все нелинейные эффекты начинают проявляться особенно сильно (новое ОВ фирмы Corning LEAF с большим диаметром модового поля MFD позволяет уменьшить влияние нелинейных эффектов при сохранении прежней мощности, вводимой в ОВ, поскольку интенсивность излучения на единицу площади сечения сердцевины уменьшается);

- использовать оптические усилители с большой мощностью насыщения;

- по возможности, уменьшать число оптических компонентов, вносящих потери.

7. AON с коммутацией каналов

Две первые подкатегории AON с коммутаций каналов (широковещательные сети и сети с пассивной волновой маршрутизацией) представляют собой пассивные сети PON (passive optical network). PON - это AON, использующая только пассивные оптические компоненты: ОВ, направленные ответвители, разветвители, волновые мультиплексоры, и фильтры. Особенностью PON является низкая цена, низкие затраты на поддержку или полное ее отсутствие, а основные сферы приложения - это “волокно-в-дом” (fiber-to-the-home) или “волокно-по-кругу” (fiber-in-the-loop). Таким образом, экономичность и низкие затраты на поддержание сети (философия the “bury it and forget it”) - главные цели такой сети, даже при понижении ее производительности. При построении PON не исключается частичная, в основном для преодоления больших расстояний, возможность использования оптических усилителей EFDA. хотя последние и не являются чисто пассивными компонентами.

Широковещательная AON

Каждому удаленному узлу широковещательной AON обычно приписывается определенная длина волны, на которой узел ведет передачу. Сигналы со всех удаленных узлов собираются в оптическом звездообразном разветвителе, где они смешиваются и распределяются по выходным полюсам в ОВ, идущие обратно к удаленным узлам, каждый узел получает мультиплексный сигнал, представленный всеми длинами волн, рис. 16.

В качестве центральных элементов сети используются один или несколько звездообразных разветвителей, не имеющих избирательной функции по длинам волн, как WDM. Каждый удаленный узел сам определяет, канал какой длины волны из принимаемого мультиплексного потока выбрать. В качестве приемного элемента может служить либо перестраиваемый в соответствии с протоколом управления фильтр с одним фотоприемником, либо демультиплексор WDM с множеством фотоприемников, подключенных к выходным полюсам.

Рис. 16

Два проекта-прототипа широковещательных вычислительной AON реализованы фирмой IBM: Rainbow-1 (1991 год) и Rainbow-2 (1995 год) [28].

Архитектура Rainbow-1 — охватывает 32 удаленных станции типа IBM PS/2. Электронные и оптические-сетевые элементы встроены в две стандартные Micro Channel карты.

Основные характеристики:

- каждая станция оснащена передатчиком фиксированной длины волны и приемником с перестраиваемой длиной волны;

- передаваемые длины волн лежат в диапазоне от 1505 нм до 1545 нм;

- оптоэлектронному приемнику предшествует фильтр Фабри-Перо с перестраиваемым диапазоном 50 нм. Скорость перестройки длины волны 10 мкс/нм, что соответствует среднему времени настройки на нужный канал 250 мкс;

- скорость передачи данных 200 Мбит/с по стандартному одномодовому ОВ SF 8/125.

Принцип работы:

- Если станция А хочет передать информацию станции В, она поступает следующим образом:

1. Начинает передавать запрос на разрешение передачи для станции В. Это - повторяющаяся последовательность коротких сообщений и сигнала синхронизации на длине волны А.

2. Перестраивает свой приемник на длину волны В станции В.

- Если станция В занята в это время, то станция А будет продолжать посылать запросы на разрешение передачи для станции В.

- Если станция В свободна, она последовательно по циклу сканирует весь диапазон длин волн, проверяя наличие запросов от других станций, предназначенных ей.

- Когда станция В обнаруживает адресованный ей запрос (в данном случае запрос от станции А), она фиксирует свой перестраиваемый фильтр на длине волны А этого запроса, и сразу же посылает подтверждение станции А. Это происходит быстро, так как станция В всегда передает на фиксированной длине волны В, а станция А уже настроила свой приемник на эту длину волны.

- После этого обе станции могут свободно обмениваться данными, до тех пор, пока они не решат разорвать соединение.

Архитектура Rainbow-2 - представляет прототип широковещательной AON следующего поколения по отношению к Rainbow-1. Хотя принципы построения сети сохранен, практические возможности архитектуры Rainbow-2 существенно возросли:

- Rainbow-1 — это сеть, ориентированная на взаимодействие рабочих станций в пределах локальной вычислительной сети. Rainbow-2 предназначена для взаимодействия суперкомпьютеров и организации быстрого доступа к ним;

- если Rainbow-1 базировалась на установленных в PS/2 специальных адаптерах Micro Channel, то Rainbow-2 использует внешние модули, которые наделены рядом функций для разгрузки процессоров хост-компьютеров;

- в Rainbow-2 возросла скорость передачи данных до 1 Гбит/с в расчете на станцию при длинах оптических сегментов до 15 км и прежнем числе рабочих станций до 32.

Допустима альтернативная архитектура широковещательной AON, в которой узлу разрешено принимать сигнал только на одной фиксированной, предназначенной только для этого узла, длине волны, а передавать на разных длинах волн, используя перестраиваемый лазер [29]. Общий протокол работы такой сети будет схож с протоколом случайного доступа CSMA.

Поскольку центральной узел широковещательной AON и все оптические сегменты являются чисто пассивными элементами, такая сеть имеет очень высокую надежность.

В то же время, широковещательную АОN невозможно использовать в качестве магистралей для глобальных сетей по двум причинам. Во-первых, энергия передатчика от каждого узла распределяется между всеми остальными узлами, в результате чего большая доля энергии тратится при разветвлении вхолостую. Эту проблему можно решить привлечением оптических усилителей, хотя при этом снижается надежность. Во-вторых, каждый узел широковещательной AON требует индивидуальной длины волны, так что полное число узлов в сети oграничивается максимальным числом каналов, которые можно мультиплексировать в одно ОВ. Теоретический предел числа различных длин волн, которые можно мультиплексировать в отдельное ОВ с использованием техники плотного волнового мультиплексирования DWDM составляет порядка 200. Далее, если даже допустить, что для передачи используется 20 ОВ, то можно объединить порядка 4000 узлов, что катастрофически мало для построения единой информационной магистрали на Земле. Принципиальная невозможность построения масштабируемых архитектур широковещательных сетей ограничивает их сферу применения локальным масштабом.

AОN с пассивной волновой маршрутизацией

Частично обе проблемы могут быть решены на основе AОN с пассивной волновой маршрутизацией, рис. 1

Рис. 17

В такой сети сигнал определенной длины волны может перенаправляться (статически маршрутизироваться) в узел назначения через последовательность промежуточных узлов вместо того, чтобы широковещательно распределяться между всеми оконечными узлами сети. Это позволяет экономить энергию оптического сигнала из-за отсутствия разветвителей и допускает одновременное использование сигналов, представленных одной и той же длиной волны в разных неперекрывающихся частях сети.

Промежуточными узлами сети с пассивной волновой маршрутизацией являются статические маршрутизаторы, выполненные преимущественно на основе WDM мультиплексоров.

AON с активной волновой маршрутизацией

Дальнейшее наращивание сети связано с переходом от статической к динамической маршрутизации. Маршрутизация на узлах становится активной и допускает дистанционное конфигурирование. Динамическая маршрутизация, прежде всего, предполагает использование оптических коммутаторов.

На рис. 18 показан пример многоуровневой архитектуры сети AON с коммутацией каналов, в которой на уровне групп реализована широковещательная AON, не выходящая за пределы группы (для этой цели выделяются определенные длины волн, в разных группах локально можно использовать один и тот же набор длин волн), на более высоком уровне (уровнях) реализуется сеть с динамической волновой маршрутизацией.

Рис. 18

Волновая конверсия. Безусловно, динамическая маршрутизация в AON с коммутацией каналов предоставляет большую гибкость. Однако для достижения максимума масштабируемости, наряду с активной волновой маршрутизацией, должна быть реализована волновая конверсия, которая позволяет установить соединение между волновыми каналами, представленными разными длинами волн. Волновая конверсия также позволяет наиболее эффективно использовать предоставленное ограниченное число волновых каналов. Здесь можно провести аналогию с технологией АТМ, где допускается одновременное использование разными АТМ-коммутаторами одних и тех же значений идентификаторов виртуальных каналов VCI (Virtual Circuit Identifier).

Преимущество волновой конверсии можно продемонстрировать на упрощенном примере сети, в которой мультиплексные сигналы в каждом ОВ представлены максимум двумя каналами, рис. 19. Будем считать, что все оконечные узлы (станции) могут передавать или принимать сигналы на любой из двух длин волн, а маршрутизаторы, не меняя длины волны, могут по требованию перенаправлять канал в любом доступном направлении с одним условием, что при этом не возникает блокировки в выходном сегменте.

Первый этап (рис. 19 а). Станция А начинает вести передачу для станции Е (на длине волны 1). Далее передачу начинает станция D для станции Н. Длина волны этой передачи может быть только 2, так как в сегменте S2 канал с длиной волны 1 уже представлен.

Второй этап (рис. 19 б). Стартуют передачи от В к С и от F к G. Длины волн этих передач определяются однозначно.

Третий этап (рис. 19 в). Прекращаются передачи от А к Е и от D к Н, после чего станция А желает передавать для станции Н. Без волновой маршрутизации, т. е. используя только одну длину волны (1 или 2), это сделать невозможно, не возмущая другие передачи - возникает блокировка либо на участке S2 либо на S1. Если же допускается общее реконфигурирование, то можно предварительно перестроить длину волны передачи между F и G c 1 на 2, после чего начать передачу от А к Н на длине волны 1 (сравните с перестраиваемыми неблокирующими коммутаторами, раздел 4). Однако перестраиваться с одной длины волны на другую во время передачи весьма неудобно - при непрерывном потоке данных это может вести к потере информации.

Волновой конвертер предоставляет значительно более гибкое решение, рис. 19 г.

Кроме увеличения гибкости сети, наличие волновой конверсии ведет к росту волновой эффективности (рис. 20), показывающей какое максимальное число различных пар соединений в среднем приходится на одну длину волны [29],

а

б

в

г

Рис. 19

Пример сети с центральным узлом на основе волновых конвертеров показан на рис. 21. Каждый узел передает сигнал на фиксированной длине волны, а также принимает сигнал на фиксированной, индивидуальной (установленной для данного узла) длине волны. Выбор длины волны передачи удаленной станции - не принципиален. Так, в частности, все станции могут передавать на одной и той же длине волны. Центральный узел коммутации принимает оптические сигналы от всех удаленных узлов и конвертирует их в сигналы других длин волн в соответствии с инструкциями от управляющего компьютера. Звездообразный комбайнер-разветвитель смешивает сигналы разных длин волн и распределяет по всем выходным полюсам.

Рис. 20

Логическому соединению между двумя удаленными узлами предшествует настройка соответствующих волновых конвертеров. Если узел С желает передать сообщение для узла А, то выполняется следующая последовательность действий:

- узел С размещает специальный запрос для разрешения передачи для узла А, который обрабатывается управляющим компьютером;

- если узел назначения (А) свободен, управляющий компьютер обменивается сообщениями с этим узлом, получая подтверждение о том, что узел А готов установить соединение;

- если все в порядке, управляющий компьютер сообщает узлу С, что будет установлено соединение с узлом А;

- управляющий компьютер устанавливает соединение между узлами А и С.

Главный недостаток этого подхода - относительно длительный процесс установления соединения. В этом смысле, время установления соединения в ранее рассмотренных прототипах сетей Rainbow-1/2, связанное с перестройкой фильтра, значительно меньше. В то же время, приведенный пример сети с центральным элементом, имеет несколько сильных сторон:

- очень простой централизованный контроль. Нет проблемы, связанной с разрешением коллизий;

- возможно использование одной и той же реперной частоты для всех передатчиков, что означает потенциальную допустимость более плотной упаковки волновых каналов; хотя в некоторых случаях приемникам может и понадобиться стабилизация;

- главное преимущество рассмотренной централизованной сети в том, что она (при очень больших скоростях передачи - 1 Гбит/с и более) должна быть значительно ниже по цене, чем сеть с чисто электронным коммутатором в центральном узле.

Рис. 21

8. АОN с коммутацией пакетов

Рассмотренные выше AON с коммутацией каналов позволяют строить оптические магистрали, прозрачные к использованию любых приложений со стороны оконечных сетевых узлов. Но наряду с этим достоинством, отмечается и один их недостаток - сети с коммутацией каналов не могут работать с “взрывным трафиком” от локальных сетей передачи данных. В этой связи внедрение AON с коммутацией пакетов было бы идеальным, поскольку они позволяют значительно эффективней использовать отведенную полосу пропускания волоконно-оптических каналов связи.

Особенности AON с коммутацией пакетов

- Коммутация пакетов в AON представляет совершенно новое направление развития сетей. Это означает, что должны быть разработаны совершенна новые схемы маршрутизации, новые архитектуры, ориентированные на технологию AОN.

- Все схемы маршрутизации оптических потоков должны быть единообразны для всей AОN с коммутацией пакетов. Это требование для сетей с коммутацией каналов было более мягким и ограничивалось, в основном, только наличием единого частотного плана.

- В технологиях AON одной из сложных задач считается создание оптических буферов. Поэтому предпочтение будет отдаваться оптическим пакетным коммутаторам, использующим технологию коммутации без буферизации (cut through).

- Новые архитектуры должны учитывать специфические особенности каждого оптического домена, чтобы выгодно использовать их для упрощения конструкции.

Рассмотрим два основных метода пакетной коммутации в AON (последовательная битовая и параллельная битовая коммутация пакетов).

Оптическая последовательная битовая коммутация BSPS (bit-sequential packet switching) - это метод прямого управления электроникой коммутационных элементов, в отличии от методов, используемых в сетях с коммутацией каналов. При использовании BSPS заголовок пакета в канале взятой длины волны кодируется последовательностью из р бинарных битов (битовая 1 определяется наличием оптического сигнал, а битовый 0 - его отсутствием). Эти биты устанавливают коммутатор в надлежащее состояние, позволяя следующему за заголовком телу пакета свободно идти через коммутатор к соответствующему выходному полюсу. Поскольку коммутатор прозрачен к телу пакета, то такая сеть сохраняет название AON. Для заголовка из р битов существует 2р различных адресов узлов сети. Волновое мультиплексирование позволяет значительно увеличить передающую емкость, но приводит к дополнительному усложнению. Прежде, чем выполнить пакетную коммутацию каналов, необходимо предварительно демультиплексировать сложный сигнал, а на выходе коммутаторов - повторно мультиплексировать соответствующие выходные симплексные каналы.

Самомаршрутизирующаяся сеть с волновой адресацией SWANET (Self-routed Whve-length-Addressable NETwork) является улучшением бинарной BSPS архитектуры [30]. SWANET использует преимущества BSPS и WDM, в результате чего значительно увеличивается допустимое число различных адресов, устанавливаемых битами заголовков пакетов (рис. 22). SWANET имеет аналогичную BSPS структуру пакета. Заголовок, за которым следует поле данных, кодируется последовательностью из р битов, охватывая сразу несколько волновых каналов. Заголовок и поле данных используют один и тот же набор длин волн. Если число длин волн k, то каждый бит заголовка представляется единицей (есть сигнал) на одной из длин волн, в то время как на остальных k - 1 каналах сигнала в это время нет. Таким образом, полное число различных конфигураций заголовка (максимальное число оконечных узлов сети) составляет kp.

Рис. 22

Для требуемой коммутации всего мультиплексного канала коммутатор устанавливает биты заголовка в соответствующее состояние. Завершение передачи пакета происходит посредством передачи сигнала “Сброс” на специальной длине волны, выделенной исключительно для этой цели. Поскольку сеть прозрачна по отношению к формату поля данных, то это поле может охватывать как одну интегрированную многоволновую передачу, так и множество не связанных между собой передач по индивидуальным каналам. В первом случае необходима синхронизация между полями данных различных каналов, во втором - такая синхронизация необязательна. Ограничением SWANET являются дисперсия и поперечные помехи.

Две различные техники кодирования предложены для реализации сетей с параллельной битовой коммутацией BPPS (bit-parallel packet switching): техника мультиплексирования поднесущих SCM (sub-carrier multiplexing) и техника многоволновой BPPS. Обе техники используют отдельные каналы в одном и том же ОВ для передачи данных и собственно заголовка, на основании которого происходит переключение состояний коммутаторов. Заголовок пакета передается теперь не последовательно, когда он предшествовал передаче поля данных пакета, а параллельно с данными, что позволяет увеличить пропускную способность.

В технике SCM данные и заголовок кодируются как две различные поднесущие оптического носителя и далее передаются одновременно (рис. 23 а). SCM позволяет эффективно использовать имеющийся спектр за счет ограничений битовой скорости, которая должна быть меньше, чем частота поднесущей. Таким образом, техника SCM полезна когда весь спектр сигнала данных ограничен, т. е. битовая скорость данных не очень высока.

Рис. 23

SСМ имеет ряд ограничений применительно к AON и главное из них связано с невозможностью избежать сложных электронных преобразований поднесущих заголовка и данных в коммутаторе, так как перед началом коммутации данные и заголовок должны быть демультиплексированы. Второе ограничение связано с характером распространения сложного сигнала по ОВ. Поскольку заголовок и данные мультиплексированы в канал одной и той же несущей частоты, то передатчик, имеющий ограниченные ресурсы, должен обеспечить достаточную мощность для каждого сигнала, что уменьшает мощность сигналов по отдельности.

Модификацией SCM является метод, при котором данные передаются на основном носителе, а заголовок мультиплексируется на поднесущую. В этой технике частота поднесущей не ограничивает битовую скорость передачи данных. Поскольку заголовок не требует высокой битовой скорости передачи, то для него предельное соотношение с/ш может быть значительно ниже, что допускает без ущерба большее затухание сигнала в волоконно-оптической линии. Данный метод демонстрировался для скорости передачи данных 2,5 Гбит/с и для заголовка 40 Мбит/с, который мультиплексировался на поднесущую шириной 3 ГГц [31].

Многоволновая параллельная битовая коммутация - это техника кодирования, при которой для данных и для заголовка приписываются различные наборы длин волн [32]. В отличие от традиционного волнового мультиплексирования, где каждый пакет связан с определенной длиной волны, в этой технике пакет (как и заголовок) связывается с несколькими длинами волн (рис. 23 6).

Ряд особенностей делают эту технику более предпочтительной по сравнению с SCM для использования в AON. Во-первых, простая оптическая фильтрация волновых каналов выполняется легче, чем радиочастотное выделение поднесущих. Во- вторых, можно выполнить кодирование заголовка, так что заголовок будет распознаваться коммутатором, а коммутация будет происходить на пакетных скоростях вместо скоростей данных. И, наконец, поскольку отдельные источники излучения используются для каждой длины волны, то не возникает проблемы, связанной с потерей мощности.

9. Архитектура AON

AON могут строиться на любом масштабе: от локального, например объединяя парк суперкомпьютеров, до глобального, где в перспективе они, безусловно, займут место главных магистралей. Общая структура глобальной информационной сети может быть весьма разнообразной, столь же разнообразной, как и число различных приложений, которые в ней используются [2]. Положение оптического уровня или уровня AON в контексте архитектуры глобальной сети показано на рис. 24. В самом оптическом уровне, который, в общем случае, имеет иерархическую структуру, выделяют три подуровня Уровень-0, Уровень-1 и Уровень-2 (рис. 25).

Рис. 24

Оптический терминал ОТ - это узел сети, на котором завершаются владения AON. На этом узле поступающие сигналы стандартных приложений преобразуются в форму, предназначенную для обработки промежуточными узлами AON. На этом узле еще допускаются оптоэлектронные преобразования.

Пример 1 работы ОТ: приходящий электрический сигнал 100Base-ТХ дуплексного канала Fast Ethernet преобразуется в оптический сигнал на определенной длине волны из окна 1,55 мкм,

Пример 2: на оптический терминал поступает несколько оптических сигналов АТМ (622 Мбит/с) по многомодовому ОВ на длине волны 1,33 мкм, которые преобразуются в гребенку разных длин волн в соответствии с частотным планом.

Оптический терминал должен оснащаться узкополосными лазерами. В него могут быть интегрированы другие элементы AON, например, перестраиваемые оптические фильтры, системы волнового мультиплексирования и др.

Рис. 25

Уровень-О. Этот уровень определяет пассивную широковещательную AON локального масштаба с небольшим (до нескольких десятков) числом оконечных узлов сети. Характерными элементами, организующими сеть этого уровня являются оптические комбайнеры/разветвители, фильтры. Элементы сети Уровня-0 напрямую взаимодействуют с оптическими терминалами, и с элементами сети Уровня-1, если таковые имеются. Примером служить сеть Rainbow-1. Вариант подключения элементов сети в пределах Уровня-0 показан на рис. 26.

Уровень-1. Этот уровень определяет AОN с пассивной волновой маршрутизацией. Характерными элементами этого уровня являются устройства волнового мультиплексирования и демультиплексирования. Вариант подключения элементов сети в пределах Уровня-1 показан на рис. 2

Уровень-2. Этот уровень определяет AON, допускающую активную волновую маршрутизацию. Характерными элементами этого уровня являются устройства волнового мультиплексирования и демультиплексирования, волновые конвертеры и оптические коммутаторы. Коммутация может происходить либо на основе чтения заголовков пакетов (AON с коммутацией пакетов), либо на основе внешнего управления (AON с активной коммутацией каналов). Только на основе узлов Уровня-2 можно строить масштабируемые полностью оптические сети глобального масштаба. Обобщенный вариант подключения элементов сети в пределах Уровня-2 показан на рис. 28. Разберем работу узла Уровня-2.

Рис. 26

Оптический сигнал в каждом входном канале (одно волокно) представлен в виде множества различных длин волн 1, 2,…n - один и тот же набор длин волн используется для всех входных и выходных каналов. Волновой демультиплексор (WDM DEMUX) выделяет сигналы на разной длине волны, приходящие от одного канала, и направляет их в отдельные волокна. Оптические сигналы от разных демультиплексоров одной и той же длины волны попадают на входные порты-полюсы оптической коммутационной матрицы (или коммутатора), соответствующей этой длине волны - ранее было показано, что коммутацию легче проводить среди сигналов одной и той же длины волны. Коммутаторы выполняют функцию диспетчеров, перенаправляя потоки на разные выходные порты по задаваемой схеме и сохраняя несущую длину волны. Если информационный сигнал приходит на узел на одной длине волны, а должен покинуть этот узел на другой длине волны, следует использовать волновые конвертеры.

Рис. 27

Дополнительный элемент, который может входить в состав каждого из рассмотренных трех уровней - это оптический усилитель EDFA.

10. Коммерческие реализации AON

В настоящее время работы по реализации проектов AON ведутся многими производителями сетевого и телекоммуникационного оборудования, из которых следует выделить: IBM, консорциум AON (All-Optical Networking), объединяющий AT&T, DEC, MIT Campus, MIT Lincoln Lab (США); группу компаний ACTS Photonic Technologies Area, объединяющую Alcatel Alsthom Recherche, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, France Telecom-(CNET), Royal Institute of Technology, University College of London, Jniversity of Athens, University of Ghent, University of Ulm, Ericsson, Siemens (Европа), группа компаний Oki RE D Group и др.

Наиболее крупными международными проектами AON, реализующиеся в настоящее время являются [18, 29]:

Рис. 28

VERTICAL (VERtical cavity laser Technology for InterConnection and AccessLinks) - разработка длинноволновых 1,3/1,55 мкм лазеров с вертикальной полостью поверхностного излучения, работающих при комнатной температуре на основе оптимизации электрических и термических свойств структуры.

WOTAN (Wavelength-agile Optical Transport and Access Network) – задачи обеспечения соединения по принципу “точка-точка” на основе применения скоростных коммуникационных систем связи для нужд общественных телекоммуникационных сетей.

BROADBAND (Broadband Loop) - испытания концепций недорогих широкополосных сетей абонентского доступа с доведением ОВ в локальный узел по мере роста потребностей в полосе пропускания.

PLATO (Photonic Links in Atm and Optical systems).

KEOPS (KEys to Optical Packet Switching) - достижение высоких скоростей переключения при пакетной коммутации в пределах AON.

UPGRADE (High Bitrate 1300nm Upgrade of the European Standard Single-Mode Fi- bre Network).

PHOTOS (PHOtosensitive Technology for Optical Systems).

CAPITAL (Customer Access Photonics and Integrated Technology for Active Low cost Devices).

PLANET (Photonic Local Access NETwork).

MIDAS (Multigigabit Interconnection and Advanced techniques).

HORIZON (Horizontal action transport networks).

FAST (Fluoroaluminate Amplifiers for Second Telecom window).

ESTHER (Exploitation of Soliton Transmission Highways for European Ring).

BLISS (Broadband Lightwave Sources and Systems).

ОРЕМ (Optical Pan-European Network) разрабатывает концепцию Пан-Европейской сети, в которой крупнейшие европейские города соединяются ВОЛС со сверхвысокой пропускной способностью.

HIGHWAY (Photonic Technologies for Ultra High Speed lnformation).

COBNET (Corporate Optical Backbone Network) - разработка архитектурной и технологической концепций корпоративных (вневедомственных) сетей на основе использования преимуществ оптических АТМ технологий.

МЕТОN (Metropolitan Optical Network) - разработка оптической транспортной городской сети SDH на основе использования различных топологий с применением спектрального разделения, оптических мультиплексоров и коммутаторов ATM.

FOTON (Paneuropean Photonic Transport Overlay) - разработка оптической сети связи для будущей Пан-Европейской транспортной сети.

MEPHISTO (Management of Photonlc Systems and Networks) - реализация принципов управления сетью (TMN) применительно к будущим AON, в которых метод спектрального разделения (WDM) используется как для увеличения скорости передачи, так и для решения задач маршрутизации.

MOON (Management of Optical Networks) - разработка концепции построения системы управления оптическим слоем будущей Пан-Европейской транспортной сети.

Литература

Гроднев И.И., Мурадян А.Г., Шарафутдинов P.M. и др. «Волоконно-оптические системы передачи и кабели». Справочник, «Радио и связь», М., 2003.

Андреев В.А., Бурдин В.А., Попов В.В., Полыгаков А.И. Строительство и техническая эксплуатация волоконно-оптических линий связи. Учебник для ВУЗов - М., Радио и связь, 2005.

Алексеев Е.Б. Особенности внедрения ВОСП на ВСС РФ, «Вестник связи», 2005, № 2.

Алексеев Е.Б., Заркевич Е.А., Макеев О.Н., Устинов С.А. Концепция развития современных высокоскоростных ВОСП, «Электросвязь», 2006, № 9.

Убайдуллаев P.P. «Волоконно-оптические сети». ЭКО-ТРЕНДЗ, М., 2008.

Алексеев Е.Б., Заркевич Е.А., Устинов С.А. Концепция построения сетей доступа ВСС РФ на элементах фотонной технологии, «Электросвязь», 2008, № 10.

Алексеев Е.Б. «Принципы построения и технической эксплуатации фотонных сетей связи». Учебное пособие, ИПК МТУ СИ, ЗАО «Информсвязьиздат», М. 2010.

Алексеев Е.Б., Заркевич Е.А., Скляров O.K., Устинов С.А. Эволюция сети доступа на основе применения волоконно-оптических технологий, «Электросвязь», 2013, № 9.

Алексеев Е.Б., Заркевич Е.А., Скляров O.K., Павлов Н.М. Атмосферные оптические линии передачи на местной сети связи России и проблемы их внедрения, «Электросвязь», 2013, №9.

Алексеев Е.Б. «Основы проектирования и технической эксплуатации цифровых волоконно-оптических систем передачи». Учебное пособие, ИПК МТУСИ, ООО «Оргсервис-2000», М., 2004.

Алексеев Е.Б. «Транспортные сети СЦИ. Проектирование, техническая эксплуатация и управление». Учебное пособие, ИПК МТУСИ, ООО «Оргсервис-2000», М., 2004.

Алексеев Е.Б., Скляров O.K., Устинов С.А. Оптические сети операторов связи DWDM и CWDM в России, «Технологии и средства связи», 2004, № 2.

Алексеев Е.Б., Скляров O.K., Устинов С.А. Спектральное уплотнение в оптических сетях связи, «ФОТОН-ЭКСПРЕСС», 2004, № 1.

Алексеев Е.Б., Скляров O.K., Устинов С.А. Спектральное уплотнение оптических каналов в современных ВОСП, «ФОТОН-ЭКСПРЕСС», 2014, № 1.

Петренко И.И., Убайдуллаев P.P. Пассивные оптические сети PON. Часть 1. Архитектура и стандарты, «LIGHTWAVE RUSSIAN EDITION», 2014, № 1.

Петренко И.И., Убайдуллаев P.P. Пассивные оптические сети PON. Часть 1. Архитектура и стандарты, «LIGHTWAVE RUSSIAN EDITION», 2014, № I.

Петренко И.И., Убайдуллаев P.P. Пассивные оптические сети PON. Часть 2. ETHERNET на первой миле, «LIGHTWAVE RUSSIAN EDITION», 2014, № 2.

Петренко И.И., Убайдуллаев P.P. Пассивные оптические сети PON. Часть 3. Проектирование оптимальных сетей, «LIGHTWAVE RUSSIAN EDITION», 2014, № 3.

Долотов Д.В. Оптические технологии в сетях доступа, «Технологии и средства связи», спецвыпуск «Системы абонентского доступа», 2011.

РД 45.047-99 Линии передачи волоконно-оптические па магистральной и внутризоновых первичных сетях ВСС России. Техническая эксплуатация. Руководящий технический материал. '

ОСТ 45.178-2000 Системы передачи с оптическими усилителями и спектральным уплотнением. Стыки оптические. Классификация и основные параметры.

РД 45.036-99 Технические требования на аппаратуру атмосферного оптического цифрового линейного тракта плезиохронной цифровой иерархии.

Р 45.07-2001 Рекомендации по безопасной работе с источниками оптического излучения, используемыми в оптических системах передачи на всех участках Взаимоувязанной сети связи Российской Федерации.

РД 45.186-2001 Аппаратура волоконно-оптических усилителей для применения на Взаимоувязанной сети связи Российской Федерации. Технические требования.

РД 45.200-2001 Применение волоконно-оптических средств на сетях доступа. Руководящий технический материал.

РЛ 45 286-2002 Аппаратура волоконно-оптической системы передачи со спектральным разделением. Общие технические

Скляров O.K., Заркевич Е.А., Устинов С.А. Волоконно-оптические технологии как основа развития широкополосных сетей доступа, «Технологии и средства и связи», №3, 2003

Павлов Н.М. Параметры атмосферного кнала и надежность АОЛП, «Технологии и средства и связи», №2, 2003

Основные положения развития Взаимоувязанной сети связи Российской Федерации на перспективу до 2005 года, кн.1, 2, М, 2006 г.

Правила технической эксплуатации первичной сети Взаимоувязанной сети связи Российской Федерации», кн. 1,2,3. Введены в действие приказом Минсвязи России от 19.10.98 г., N 187.

РД 45.180-2001 Руководство по проведению планово-профилактических и аварийно-восстановительных работ на линейно-кабельных сооружениях связи волоконно-оптической линии передач.

ГОСТ 26599-85 Системы передачи волоконно-оптические. Термины и определения.

ОСТ 45.201-2003 Системы передачи волоконно-оптические. Усилители оптические. Термины и определения.

ОСТ 45.202-2003 Системы передачи волоконно-оптические со спектральным разделением. Основные компоненты. Термины и определения.

Стандарт МЭК 60875-1 Generic Specification for Fibre-optic Branching Devices (Основная спецификация для волоконно-оптических устройств разветвления)

Полностью оптические сети