IP через WDM, как определено сегодня, накладывает ограниченное представление о возможностях, которые могут предоставить сети передачи данных и оптические сети. Ограничения, вводимые одним стеком протоколов и не полностью использующие сетевые возможности на оптическом уровне, очень ограничивают некоторые сетевые приложения.
Упомянутые выше сетевые тенденции требуют наличия оптической сетевой платформы, которая может поддерживать различные стеки протоколов, сетевые архитектуры, а также варианты защиты и восстановления независимо от сигнала клиента. Выбор POS поверх точка-точка WDM лучше всего подходит для некоторых сетевых приложений в высокоскоростных сетях передачи данных, но, безусловно, не для всех. Кроме того, оптическая платформа, выбранная для реализации и развертывания этих будущих сетей передачи данных, должна гарантировать, что новые неожиданные отображения стека протоколов могут быть легко приспособлены, и они могут получать те же сетевые функции из сети оптического уровня без необходимости промежуточного преобразования протокола.
Оптические сети передачи данных — это альтернативный подход, который не пытается уменьшить гетерогенность стеков протоколов и сетевых архитектур, а скорее использует гетерогенность для предоставления специализированных сетевых решений для каждого конкретного приложения и сегмента сетевого поставщика. Оптическая сеть передачи данных сочетает в себе сетевые функции как на сервисном, так и на транспортном уровнях.
Основной компонент оптической сети передачи данных
Разнообразие стеков протоколов, отраженное в множественности типов сигналов клиента, которые должны поддерживаться в OTN, обеспечивается использованием цифровых оболочек. Использование настоящих возможностей оптических сетей обеспечивает дополнительную гибкость и надежность благодаря маршрутизации OCh, мониторингу неисправностей и производительности, защите и восстановлению, причем все они выполняются выборочно на основе OCh. Все эти элементы, объединенные вместе, представляют собой мощное и гибкое сетевое решение, которое ориентировано на будущее и открыто для любого конкретного видения поставщиков услуг передачи данных.
Эта технология является экономически эффективной и более гибкой для обновления пропускной способности каналов, добавления / отбрасывания каналов, перенаправления и распределения трафика, поддержки всех типов топологии сетей, систем защиты и синхронизации. Ниже приведены основные компоненты —
- TP (Транспондер)
- VOA (Переменный Оптический Аттенюатор)
- MUX (мультиплексор)
- DEMUX (Демультиплексор)
- BA (Бустерный усилитель)
- Линия (OFC media)
- LA (линейный усилитель)
- PA (Предварительный Усилитель)
- OSC (Оптический канал наблюдения)
транспондер
Это устройство является интерфейсом между импульсным оптическим сигналом STM-n и оборудованием MUX / DEMUX. Этот оптический сигнал может быть совмещенным или исходить из разных физических сред, разных протоколов и типов трафика. Он преобразует сигнал широкого импульса в узкую длину волны (точечная или окрашенная частота) порядка нанометра (нм) с шагом 1,6 нм; отправка в MUX.
В обратном направлении цветной вывод из DEMUX преобразуется в широкий импульсный оптический сигнал. Уровень выходной мощности составляет от +1 до –3 дБм в обоих направлениях. Преобразование оптическое в электрическое и электрическое в оптическое (O в E & E в O) в методе 2R или 3R.
В 2R регенерация и изменение формы выполняются, в то время как в 3R выполняется регенерация, изменение формы и изменение времени. TP может зависеть от цвета волны и скорости передачи битов или настраиваться для обоих (дорогостоящих и не используемых). Однако в 2R любая скорость передачи данных, PDH, STM-4 или STM-16 может быть скоростью канала. Устройство имеет ограничение по чувствительности приемника и точке перегрузки.
Хотя промежуточная электрическая ступень недоступна, служебные байты STN-n используются в целях контроля. Это устройство также поддерживает оптическую безопасность (ALS) в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т G.957.
Переменный оптический аттенюатор (VOA)
Это пассивная сеть, подобная предварительному выделению, необходимому для настройки равномерного распределения уровня сигнала по полосе EDFA, так что оптическая выходная мощность отдельного канала блока Mux остается неизменной независимо от количества каналов, загружаемых в систему.
Оптический аттенюатор похож на простой потенциометр или схему, используемую для снижения уровня сигнала. Аттенюатор используется всякий раз, когда необходимо выполнить тест производительности, например, чтобы увидеть, как на битовую ошибку влияет изменение уровня сигнала в канале. Одним из способов является точная механическая установка, при которой оптический сигнал проходит через стеклянную пластину с различным количеством темноты, а затем обратно в оптическое волокно, как показано на рисунке.
Стеклянная пластина имеет плотность серого в диапазоне от 0% на одном конце до 100% на другом конце. Когда пластина перемещается через зазор, больше или меньше световой энергии пропускается. Аттенюатор этого типа очень точный и может работать с любой длиной волны света (поскольку пластина ослабляет любую световую энергию на одинаковую величину независимо от длины волны), но он механически дорог.
Мультиплексор (MUX) и Демультиплексор (De-MUX)
Поскольку системы DWDM отправляют сигналы от нескольких станций по одному волокну, они должны включать некоторые средства для объединения входящих сигналов. Это делается с помощью мультиплексора, который берет оптические длины волн от нескольких волокон и объединяет их в пучок. На приемном конце система должна быть способна отделить передаваемые длины волн светового луча, чтобы их можно было незаметно обнаружить.
Демультиплексоры выполняют эту функцию, разделяя принятый луч на составляющие его длины волны и соединяя их в отдельные волокна.
Мультиплексоры и демультиплексоры могут быть пассивными или активными по дизайну. Пассивный дизайн использует призму, дифракционные решетки или фильтры, в то время как активный дизайн сочетает пассивные устройства с перестраиваемыми фильтрами.
Основными проблемами в этих устройствах являются минимизация перекрестных помех и максимальное разделение каналов (разность длин волн между двумя соседними каналами). Перекрестные помехи — это мера того, насколько хорошо каналы разделены, а разделение каналов относится к способности различать каждую длину волны.
Типы мультиплексора / демультиплексора
Тип призмы
Простая форма мультиплексирования или демультиплексирования длин волн может быть выполнена с использованием призмы.
Параллельный пучок полихроматического света падает на поверхность призмы, и длина волны каждого компонента преломляется по-разному. Это эффект радуги . В выходном свете каждая длина волны отделена от следующей углом. Затем линза фокусирует каждую длину волны до точки, где она должна войти в волокно. Компоненты могут использоваться в обратном порядке для мультиплексирования различных длин волн на одном волокне.
Тип дифракционной решетки
Другая технология основана на принципе дифракции и оптических помех. Когда полихроматический источник света падает на дифракционную решетку, каждая длина волны дифрагируется под другим углом и, следовательно, в другой точке пространства. Используя линзу, эти длины волн можно сфокусировать на отдельных волокнах, как показано на следующем рисунке. Брэгговская решетка — это простой пассивный компонент, который может использоваться в качестве зеркал с селективной длиной волны и широко используется для добавления и удаления каналов в системах DWDM.
Решетки Брэгга сделаны с использованием ультрафиолетового лазерного луча, чтобы осветить сердцевину одномодового волокна через фазовую маску. Волокно легировано фосфором, германием или бором, чтобы сделать его светочувствительным. После того, как свет прошел через маску, образуется полоса, которая «печатается» в волокне. Это создает постоянную периодическую модуляцию показателя преломления стекловолоконной сердцевины. Готовая решетка отражает свет на длине волны Брэгга (равной удвоенному оптическому расстоянию между областями высокого и низкого индексов) и пропускает все другие длины волн.
Перестраиваемая брэгговская решетка
Волокнистая решетка Брэгга может быть приклеена к пьезоэлектрическому элементу. При подаче напряжения на элемент, элемент растягивается, так что решетка растягивается, и длина волны Брэгга сдвигается в сторону большей длины волны. Существующие устройства могут обеспечить диапазон настройки 2 нм для входа 150 В.
Решетчатая волноводная решетка
Массивные волноводные решетки (АРГ) также основаны на принципах дифракции. Устройство AWG, иногда называемое оптическим волноводным маршрутизатором или волноводным решеточным маршрутизатором, состоит из массива изогнутых канальных волноводов с фиксированной разницей в длине пути между соседними каналами. Волноводы соединены с полостями на входе и выходе.
Оптический мультиплексор
Когда свет попадает во входную полость, он дифрагируется и попадает в волноводную решетку. Таким образом, разность оптических длин каждого волновода приводит к задержкам фазы в выходном резонаторе, где массив волокон соединен. В результате этого процесса на разных длинах волн возникают максимальные помехи в разных местах, что соответствует выходным портам.
Многослойные интерференционные фильтры
Другая технология использует интерференционные фильтры в устройствах, называемых тонкопленочными фильтрами или многослойными интерференционными фильтрами. Позиционируя фильтры, состоящие из тонких пленок на оптическом пути, можно демультиплексировать длину волны. Свойство каждого фильтра таково, что он пропускает одну длину волны, отражая другие. Каскадируя эти устройства, можно демультиплексировать много длин волн.
Фильтры обеспечивают хорошую стабильность и изоляцию между каналами при умеренной стоимости, но с высокими вносимыми потерями (AWG демонстрируют плоский спектральный отклик и низкие вносимые потери). Основным недостатком фильтра является то, что он чувствителен к температуре и может не использоваться практически во всех средах. Однако их большое преимущество заключается в том, что они могут быть разработаны для одновременного выполнения операций мультиплексирования и демультиплексирования.
Тип муфты ОМ
Муфта OM представляет собой поверхность, взаимодействующую с двумя или более волокнами, спаянными вместе. Как правило, он используется для ОМ, и его принципы работы показаны на следующем рисунке.
Муфта OM может выполнять функцию мультиплексирования только при низкой стоимости изготовления. Его недостаток — высокая вносимая потеря. В настоящее время OM, используемый в оборудовании DWDM ZTWE, использует муфту OM. OD принимает компоненты AWG.
Бустерные усилители (оптические усилители)
Из-за затухания существуют ограничения на то, как долго сегмент волокна может распространять сигнал с целостностью, прежде чем он должен быть восстановлен. До появления оптических усилителей (OAs) должен был быть ретранслятор для каждого передаваемого сигнала. ОА позволил усилить все длины волн одновременно и без оптического, электрического и оптического преобразования. Помимо использования в оптических линиях связи (в качестве повторителя), оптические усилители также могут использоваться для повышения мощности сигнала после мультиплексирования или перед демультиплексированием.
Типы оптических усилителей
На каждом оптическом маршруте оптические усилители использовались в качестве повторителей в симплексном режиме. Одно волокно использовалось в пути передачи, а второе волокно использовалось в пути возврата. Новейшие оптические усилители будут работать в двух направлениях одновременно. Мы даже можем использовать одну и ту же длину волны в двух направлениях, при условии, что используются две разные скорости передачи данных. Поэтому для дуплексной работы может использоваться одно волокно.
Оптические усилители также должны иметь достаточную ширину полосы пропускания для передачи диапазона сигналов, работающих на разных длинах волн. Например, SLA со спектральной полосой пропускания, скажем, 40 нм, может обрабатывать около десяти оптических сигналов.
В системе со скоростью 565 Мбит / с для оптической линии связи 500 км требуются пять оптических усилителей SLA с интервалом 83 км. Каждый усилитель обеспечивает усиление около 12 дБ, но также вносит шум в систему (BER 10-9.)
Усилители SLA имеют следующие недостатки —
- Чувствителен к изменениям температуры
- Чувствителен к изменениям напряжения питания
- Чувствителен к механическим вибрациям
- ненадежный
- Склонны к перекрестным помехам
Усилитель на основе легированного эрбием волокна (EDFA)
В системах DWDM используются EDFA. Эрбий является редкоземельным элементом, который при возбуждении излучает свет около 1,54 микрометра, что является длиной волны с малыми потерями для оптических волокон, используемых в DWDM. Слабый сигнал поступает в волокно, легированное эрбием, в которое излучается свет с длиной волны 980 нм или 1480 нм с помощью лазера накачки.
Этот инжектированный свет стимулирует атомы эрбия высвобождать свою накопленную энергию в виде дополнительного света с длиной волны 1550 нм. Сигнал становится сильным. Спонтанные выбросы в EDFA также добавляют коэффициент шума EDFA. EDFA имеют типичную полосу пропускания 100 нм и необходимы с интервалом 80-120 км по оптическому маршруту.
EDFA также страдает от эффекта, называемого четырехволновым смешением из-за нелинейного взаимодействия между соседними каналами. Следовательно, увеличение мощности усилителя для увеличения расстояния между повторителями приводит к большему количеству перекрестных помех.
Рамановский усилитель
Использование усилителей SLA и EDFA в WDM ограничено, как уже описано, и современные системы WDM обращаются к рамановскому усилению, которое имеет полосу пропускания около 300 нм. Здесь лазер накачки находится на приемном конце волокна. Перекрестные помехи и шум значительно снижаются. Однако рамановское усиление требует использования лазера с высокой накачкой.
Дисперсия в волокне фактически помогает минимизировать эффект «четырехволнового смешивания». К сожалению, в ранних оптических каналах часто использовалось волокно с нулевой дисперсией, чтобы минимизировать дисперсию на большие расстояния, когда эти самые волокна модернизируются для передачи сигналов WDM; они не являются идеальной средой для широкополосных оптических сигналов.
Для использования WDM разрабатываются специальные одномодовые волокна. Они имеют чередующиеся сегменты положительных и отрицательных дисперсионных волокон, следовательно, общая дисперсия складывается до нуля. Отдельные сегменты, однако, обеспечивают дисперсию для предотвращения четырехволнового смешивания.
Линейные усилители
Это двухступенчатый усилитель EDFA, состоящий из предварительного усилителя (PA) и бустерного усилителя (BA). Без двух ступеней невозможно усилить сигнал до 33 дБ по принципу EDFA (чтобы избежать шума, создаваемого спонтанным излучением). Линейный усилитель (LA) компенсирует потери в линии на 22 дБ или 33 дБ для систем с длинной и очень длительной передачей соответственно. Это полностью оптическое сценическое устройство.
Line (OFC) Media
Это оптоволоконный носитель, по которому распространяются сигналы DWDM. Затухание и дисперсия являются основными ограничивающими факторами, определяющими расстояние передачи, пропускную способность и т. Д. Как правило, 22 дБ и 33 дБ принимаются как потери в линии для длины скачка для систем с большим и большим расстоянием соответственно.
Длина волны очень длинной линии может быть 120 км без повторителя (LA). Однако при наличии ряда ретрансляторов длина может быть до 600 км, что может быть дополнительно увеличено до 1200 км с использованием модуля компенсации дисперсии. После такого расстояния требуется повторная генерация на электрической ступени вместо повторителя только на оптической ступени.
Предварительный усилитель (PA)
Один только этот усилитель используется на терминале для сопряжения с DEMUX и линией для приема сигнала, поступающего от удаленной станции. Следовательно, ослабленный линейный сигнал усиливается до уровня от +3 дБм до 10 дБм перед входом в блок DEMUX.
Оптический канал наблюдения
Функция передачи дополнительных данных (2 Мбит / с: EOW, пользовательские данные и т. Д. Через интерфейс) на отдельной длине волны (1480 нм согласно Рекомендации МСЭ-Т G-692) более низкого оптического уровня без какого-либо обеспечения оптической безопасности, сопровождаемой и независимый от основного STM-n оптический сигнал трафика, выполняется OSC. EOW (от 0,3 до 3,4 кГц) для избирательного и универсального канала составляет 64 кбит / с в 8-битном коде PCM.
Оптический канал наблюдения (OSC) помогает контролировать и контролировать устройства оптической линии, а также управлять обнаружением неисправностей, конфигурацией, производительностью и безопасностью, выполненными с использованием LCT.