Лекция 9 Элементы тестирования и калибровки компонентов волп Элементы тестирования и калибровки компонентов ВОЛП. Модернизация ВОЛП в составе ВОСП. Значимость физического уровня в задаче предоставления
Учебные материалы


Лекция 9 Элементы тестирования и калибровки компонентов волп



1. /5/Agilent_семинар в БашГУ.pdf
2. /5/Лекция 1_НТД.doc
3. /5/Лекция 2_Рефлектометр_Ч-1.doc
4. /5/Лекция 3_Рефлектометр_Ч-2.doc
5. /5/Лекция 4_FTB-400_ХД и ПМД.doc
6. /5/Лекция 5_Спектроанализатор.doc
7. /5/Лекция 6_СлужПодсист.doc
8. /5/Лекция 7_Анализат Парам Сетей.doc
9. /5/Лекция 8_ВиртМоделир.doc
10. /5/Лекция 9_Поиск неиспр, Калибров, Изм n, КСП.doc
11. /5/Рефлектометрия ОВ Листвин A.B., Листвин В.Н..pdfЛекция 1 Введение. Основные принципы организации технической эксплуатации линейно-кабельных сооружений (лкс) волп
Лекция 2 Эксплуатационные измерения на волп
Лекция 3 Эксплуатационные измерения на волп. Otdr
Лекция 4 Эксплуатационные измерения на волп. Приборы на платформе ftb-400. Измерение дисперсии
Лекция 5 Эксплуатационные измерения на волп (часть 4)
Лекция 6 Служебные подсистемы, ремонтно-настроечные, ремонтно-восстановительные работы, живучесть систем передач
Анализаторы параметров сетей
Лекция 8 Эксплуатационные измерения на волп (часть 5)
Лекция 9 Элементы тестирования и калибровки компонентов волп

ЛЕКЦИЯ 9



Элементы тестирования и калибровки компонентов ВОЛП.


Модернизация ВОЛП в составе ВОСП.


Значимость физического уровня в задаче предоставления


телекоммуникационных услуг (концепция NGN).



Оптимальная и низкозатратная виды модернизации. Принципы замещения ОВ. Оптимальная стратегия восстановления ВОЛП.
Принципы решения сетевых задач на уровне линии передачи – концепция полностью оптических сетей типа AON. Роль технологии MPLS для решения сетевых задач.
Перспективные технологии передачи: понятие об электронной компенсации дисперсии и квазисолитоновом режиме передачи. Понятие о продольной несовместимости компонентов ВОЛП: интерференционные искажения и методы их компенсации.

9.1. Поиск неисправностей в оптических коннекторах



Для поиска неисправностей в оптических коннекторах применяются методы визуального анализа с использованием

эксплуатационных микроскопов

. Для анализа необходимо правильно выбрать параметр усиления микроскопа (как правило в пределах 30-100 кратного увеличения). Малое увеличение эксплуатационных микроскопов не обеспечивает разрешающей способности, необходимой для поиска дефектов полировки и целостности волокна в коннекторе, с другой стороны, излишне большое увеличение будет приводить к тому, что неоднородности будут казаться более существенными, чем это есть на самом деле. Поэтому обычно выбирается среднее увеличение в описанном диапазоне с учетом субъективно зрительного восприятия монтажника.
Обычно используются три основных схемы визуального анализа коннектора:

  • прямое наблюдение полированной поверхности волокна с подсветкой,



  • прямое наблюдение поверхности с подсветкой и с наличием оптического сигнала в волокне и



  • наблюдение под углом.



Рис. 9.1.

Поиск неисправностей в коннекторах с использованием микроскопа
Анализ коннектора методом прямого наблюдения позволяет проанализировать правильность центрирования, количество связующего вещества и т.д., однако анализ полированной поверхности волокна затруднен, можно увидеть только самые глубокие царапины. Анализ волокна с оптическим сигналом позволяет наблюдать дополнительно трещины и сколы, вызванные давлением или нагреванием в процессе полировки коннектора.
Анализ коннектора методом наблюдения под углом позволяет более детально анализировать полированную поверхность волокна за счет возникающих теней от царапин.
Необходимо очень осторожно относиться к визуальному анализу с использованием микроскопов, поскольку такие измерения не лишены субъективности. Следует помнить, что только дефекты сердцевины оптического волокна приводят к деградации качества оптической передачи. Дефекты стеклянной оболочки волокна практически не влияют на функцию коннектора к передаче оптического сигнала по сердцевине волокна. Таким образом, дефекты оболочки волокна не вызывают дополнительного затухания.  

Промышленный анализ оптоволоконных кабелей
включает в себя измерения следующих параметров:

  • погонного затухания в оптическом волокне

  • полосы пропускания и дисперсии

  • длины волны отсечки

  • профиля показателя преломления

  • числовой апертуры

  • диаметра модового поля

  • геометрических и механических характеристик оптоволоконного кабеля

  • энергетического потенциала и чувствительности фотоприемного устройства

  • уровней максимальной и минимальной оптической мощности для устройств на ВОЛП.

Измерения длины волны отсечки

выполняются методами изгиба, передаваемой мощности и диаметра модового поля.
Метод изгиба основан на зависимости потерь при изгибе волокна от длины волны распространяющегося излучения. Измеряемое волокно возбуждается источником излучения с перестраиваемой длиной волны. Измерения проводят при слабом и сильном изгибах волокна.
Метод передаваемой мощности основан на зависимости мощности излучения от длины волны.
В методе диаметра модового поля используется явление изменения диаметра поля излучения в волокне в зависимости от длины волны. Измерение заключается в определении на выходе волокна диаметра поля на различных длинах волн и в нахождении по кривой длины отсечки. Этот метод измерения длины волны отсечки более сложен, чем два предыдущих.

Измерение профиля показателя преломления

- основного параметра широкополосности оптических кабелей - выполняется различными высокоточными методами:
- интерферометрическими,
- лучевыми и рассеяния,
- сканирования отражения от торца,
- пространственного распределения излучения (в ближней и дальней зонах) и др.

Эти измерения довольно сложны и требуют отдельного рассмотрения.






Измерение числовой апертуры

необходимо для разработки соответствующих устройств ввода-вывода и устройств сочленения с целью уменьшения потерь в них. Несогласованность соединяемых волокон по числовой апертуре может привести к существенным потерям. Для измерения числовой апертуры обычно определяют апертурный угол. Апертурный угол волокна, находящегося в равновесном возбуждении мод, измеряют, как правило, путем наблюдения распределения выходящей мощности в дальней зоне. Для этого на некотором расстоянии от выходного торца устанавливают отражающий экран с градуированной шкалой. По видимому диаметру светового пятна на экране определяют апертурный угол.

Измерение диаметра модового поля

- основного параметра для определения ширины диаграммы направленности и для расчета потерь на соединениях и микроизгибах - осуществляется методами ближнего поля, поперечного смещения и др. Метод ближнего поля обеспечивает прямое измерение диаметра модового поля. Для этого на выходном торце волокна с помощью хорошо сфокусированного микроскопа измеряют распределение мощности излучения по торцу. Метод поперечного смещения основывается на измерении мощности излучения, выходящего из двух последовательно соединенных одномодовых волокон при их взаимном радиальном смещении в месте соединения.

Измерения геометрических и механических характеристик кабеля

являются сугубо промышленными тестами и описываются в специальной литературе.

Измерения чувствительности фотоприемных устройств и уровней оптической мощности передатчиков оптического сигнала

выполняются высокоточными оптическими измерителями мощности и стабилизированными источниками сигнала. Особенности этих измерений были описаны выше.

Стрессовое тестирование аппаратуры ВОСП
Проектирование волоконно-оптических систем передачи обязательно включает в себя

расчет энергетического бюджета оптического сигнала

в ВОСП. Реальное значение обычно отличается от расчетного в связи с различием в качестве сварочных узлов, соединений и т.д. Реальное значение энергетического бюджета оптического сигнала, полученное в ходе приемо-сдаточных испытаний, включается в паспорт ВОСП. В связи с тем, что расчетное значение, как правило, имеет запас по мощности по сравнению с реальным значением, возникает вопрос оценки потенциального запаса по мощности в ВОСП. Знание величины этого запаса может быть использовано для анализа влияния различных условий эксплуатации: например, каково предельное значение затухание заданного узла ВОСП, при котором система передачи еще будет работать.
Для анализа этого запаса по мощности применяются принципы стрессового тестирования, т.е. имитации плохих условий функционирования ВОСП. Для имитации плохого качества ВОСП используются оптические аттенюаторы. Измерения могут сопровождаться анализом цифрового канала связи по параметру ошибки (BER) в зависимости от уровня сигнала в линии.
В линию передачи включается оптический аттенюатор, который вносит дополнительное затухание в ВОСП. При этом измеряется зависимость параметра ошибки BER от уровня вносимого затухания. Предельное значение вносимого затухания, при котором аппаратура ВОСП функционирует согласно ТУ, определяет запас по мощности в ВОСП.

Калибровка эксплуатационного измерительного оборудования
Возникает задача анализа стабильности работы источников оптического сигнала, ошибок измерений ОРМ и т.д. В отечественной практике вопросы калибровки в настоящий момент становятся все более актуальными, поскольку до сих пор шел процесс формирования и насыщения рынка эксплуатационного измерительного оборудования. Системное оборудование, применяемое при калибровке, до последнего времени находилось вне финансирования и рассмотрения.

Калибровка оптических измерителей мощности


Для калибровки ОРМ используются высокостабильные источники оптического сигнала, оптические измерители мощности высокого класса точности и перестраиваемые аттенюаторы. При этом существует две основных методики проведения измерений:

  • прямой метод калибровки

  • метод сравнения

Метод прямого измерения

сводится к передаче высокостабильного по мощности сигнала через оптический аттенюатор на калибруемый ОРМ. При этом в автоматическом режиме измеряется зависимость показаний ОРМ от уровня эталонного сигнала. В систему калибровки в этом случае установлены модули высокостабильного источника оптического сигнала, оптического измерителя мощности и аттенюатора. Сигнал с модуля источника сигнала подается на аттенюатор, а затем на калибруемый ОРМ. Затем производится сравнение заданных уровней оптического сигнала и значений, измеряемых калибруемым ОРМ.

Метод сравнения

является модификацией описанного метода прямой калибровки и состоит в сравнении показаний калибруемого ОРМ с высокоточным ОРМ в составе калибровочной системы. Основное преимущество этого метода в том, что результат калибровки не зависит от затухания, вносимого соединительными кабелями.

Калибровка стабилизированных источников

оптического сигнала


Для калибровки SLS необходимы измерения стабильности источника по мощности и измерения его АЧХ. Для измерения стабильности работы источника от времени и условий работы (например, от температуры), используют высокоточные ОРМ с возможностью временной записи результатов измерений. Для измерения АЧХ источников используются оптические анализаторы спектра.
Для анализа источников оптического сигнала крайне важна характеристика его устойчивости к отраженной мощности. Для анализа устойчивости характеристик стабильности работы источника по мощности и спектральной стабильности в зависимости от отражения сигнала из линии, используются перестраиваемые рефлекторы - устройства, обеспечивающие передачу части оптической мощности в линию и отражающие остальную часть. При этом SLS генерирует сигнал, который подается на оптический перестраиваемый рефлектор, передающий заданную часть мощности сигнала на высокоточный оптический измеритель мощности (или оптический анализатор спектра), а остальную часть отражающий обратно в линию. Описанная схема измерений дает возможность анализа устойчивости работы SLS в условиях отражения сигнала.

Калибровка оптических рефлектометров


Для калибровки оптических рефлектометров используются перестраиваемые рефлекторы и эталонные кабели. Схема измерений с оптическим рефлектором в целом аналогична схеме калибровки SLS с использованием оптического рефлектора и обеспечивает анализ устойчивости работы рефлектометра при большом уровне отражения в линии. Эталонным кабелем (golden fiber) называется откалиброванный кабель с описанными в паспорте неоднородностями. Сравнение измеренной рефлектометром рефлектограммы с паспортной характеристикой эталонного кабеля позволяет провести калибровку рефлектометра. Современные эталонные кабели выпускаются в виде портативных настольных приборов, что обеспечивает необходимую защиту кабеля от внешних воздействий и удобство при проведении лабораторных измерений. Кроме того, для анализа характеристик импульсного генератора могут применяться оптические анализаторы спектра и анализаторы формы сигнала.

Значимость физического уровня в задаче предоставления


телекоммуникационных услуг.


Перспективные сети (AON) в концепции NGN



10 %
90 %
30 %
30 %
40 %
5 %
20 %
75 %
70 %
~30 %
<0,1 %
45 %
45 %
10 %
90 %
10 %
Рис. 9.2. Иллюстрация подходов к построению разных типов ВОСП


а


б
Рис. 9.3. Схема построения системы передачи:
а – традиционных ВОСП, использующих волоконно-оптический канал связи;
б – перспективных полностью оптических сетей

Программы, направленные на создание полностью оптических сетей


Стремительное возрастание потребности в телекоммуникационных услугах с одной стороны и проявляющаяся нехватка возможностей существующих систем электросвязи, а также миграция их в направлении к полностью оптическим системам с другой стороны явились движущей силой в организации ряда научных программ в рассматриваемой области. К наиболее перспективным из них, в результате которых были выработаны практические рекомендации по внедрению, поддержанных правительствами Европы и США [22], можно отнести следующие1:

  • система передачи на основе Многоволновой Транспортной Сети (MWTN2 – Multi Wave Transport Network);

  • Многоволновая Оптическая Сеть (MONET – Multi Wave Optical Network);

  • Консорциум Оптических Технологий и Сетей (ONTC – Optical Networks and Technology Consortium) и

  • Полностью Оптическая Сеть (AON – All Optical Networks).

В основном цели исследований этих программ сосредотачивались на проектировании сетей WDM с учётом необходимых для их построения оптических компонентов. Поэтому подробное рассмотрение первых трёх проектов, а также и других подходов к построению сетей WDM представлены ниже в соответствующем разделе. Здесь же хочется подробнее остановиться на последней из перечисленных программ, название которой определило целое направление в развитии телекоммуникационных систем.

Разработчики программы «Полностью Оптическая Сеть» изначально ориентировались на использование видов оборудования, включая перспективные разработки таких организаций, как AT&T, Digital Equipment Corporation (DEC), Технологический институт штата Массачусетс и Лабораторию Линкольна (MIT-LL) [22]. Цель данной программы несколько отличалась от представленных выше. Требовалось разработать информационную инфраструктуру, обеспечившую гибкий транспортный уровень [22], которую можно было бы применять при построении всех видов сетей: LAN, MAN и WAN с учётом требования о безграничном количестве абонентов к последней. Основные требования, предъявляемые к топологической схеме сети AON, были следующими:
• топологическая схема должна быть легко масштабируемой, способной к объединению до тысячи узлов, а также предусматривать выход на общенациональную инфраструктуру связи;
• топологическая схема должна быть «доказательством будущего» [22], то есть обладать высокой модульностью и гибкостью, что позволит объединять будущие разработки в рамках единой сетевой технологии.

Последнее требование приводит к принципиальному отличию между уже становящимися традиционными сетями WDM, строящимися с возможностью переключения только виртуальных топологических схем, и сетями, ориентированными на гибкую реконфигурацию физической топологической схемы. Именно такие сети всё больше понимаются под сетями типа AON, реализованные на основе полностью оптических компонентов.
Архитектура AON, представленная на рис. 9.4, также в основном строится на применении принципов WDM, что обеспечивает универсальность посредством многократного использования длин волн3 и многоканальных методов передачи TDM. Иерархическая структура сети содержит три уровня. Самым низким уровнем является «Уровень 0», представляющий набор локальных сетей. Каждая сеть нулевого уровня использует свою «домашнюю» длину волны. Здесь под локальной сетью понимаются городские телефонные сети, сеть корпоративных операторов и т.д. Сети нулевого уровня объединены через маршрутизаторы длины волны, обеспечивающие управление по длинам волн с учётом значений последних, использующихся в соседних сегментах. Система таких маршрутизаторов представляет собой «Уровень 1». Самым высоким уровнем является «Уровень 2», который может представлять собой общенациональную базовую сеть, связывающую первые сетевые уровни. Услуги, обеспечиваемые архитектурой сети, разработанной в рамках программы AON [22]:

  • услуга уровня А обеспечивает оптический канал на выделенной длине волны для соединений типа «точка–точка» или «точка–многоточка». Достигаемые битовые скорости незначительны, в пределах нескольких Мбит/с. Сеть подобна технологии PON;

  • услуга уровня Б использует метод временного разделения оптических каналов, что обеспечивает агрегатную скорость передачи до нескольких Гбит/с. При этом агрегатные потоки могут быть дополнительно уплотнены по длине волны. Сеть подобна технологии SDH;

  • услуга уровня В предназначена для пакетной коммутации, а также для контроля, планирования, управления сетью и для специализированных пользовательских задач.

Следовательно, подобного рода сеть содержит: маршрутизаторы длин волн, конвертеры длин волн, разветвители, включая многоканальные4 для организации подсетей типа PON, устройства оптического преобразования TDM – Optical TDM или OTDM для организации систем с временным разделением каналов и полностью оптические коммутаторы и переключатели, реализующие реконфигурацию физических топологических схем.

Рис.9 4. Архитектура проекта AON


Рис. 9.5. Классификация полностью оптических сетей

Проекты сетей, основанных на технологии WDM


Согласно изложенному выше, технология уплотнения каналов по длине волны или WDM-технология является одним из центральных столпов при построении как существующих, так и особенно перспективных систем оптической связи. Принцип уплотнения основан на совместной передаче сигналов, использующих в качестве несущей излучение на различных длинах волн при условии незначительности нелинейного влияния соседних каналов и их неперекрываемости. Последнее обеспечивается узостью спектральных характеристик лазерных и фотодиодов, незначительным приобретённым уширением5, а также подбором ширины канала и межканального расстояния. Идея WDM с принципиальной точки зрения не является новой, а служит продолжением технологии частотного разделения каналов, широко применяемой в радиотехнике. Поэтому сети, построенные с применением WDM, о которых пойдёт речь в данной части пособия, очень похожи в главных чертах и различаются частными нюансами. Но так как существует масса примеров того, как из, казалось бы, незначительной идеи рождались целые подходы и концепции, уже более десяти лет правительствами Европы и США поддерживаются научные исследования по ряду специализированных сетевых программ в данной области. Кратко остановимся на особенностях наиболее перспективных из них.

1. Европейская программа MWTN

[22] организована Консорциумом европейских компаний и университетов. Цель проекта – разработка полностью оптического транспортного уровня, использующего оптические переключатели, кросс-коннекторы, передатчики, приемники и усилители. Демонстрационная версия сети MWTN охватывает 130 км и использует четыре длины волны в С-диапазоне передачи. К основным результатам проекта следует отнести разработку двух базовых оптических устройств: оптического кросс-коннектора и полностью оптического мультиплексора ввода\вывода.
Созданный кросс-коннектор с конфигурациями 44 и 88 предназначен для выполнения функции коммутации оптических сигналов с избирательностью по длине волны. В основу устройства положены звездообразные разветвители, перестраиваемые фильтры и оптические усилители на волокне EDFA. Применены четыре типа фильтров: акустооптические, интегрированные в виде оптоволоконных решёток, многослойные тонкопленочные и фильтры Фабри-Перо. Для конвертации длин волн в данной сети применялось оптоэлектронное преобразование. Оптический мультиплексор использовался для добавления или изъятия одного или более уплотнённых по длине волны каналов без нарушения передачи по другим каналам. Устройство основано на пространственных акустооптических переключателях конфигурации 22 и рекомендовано к использованию на кольцевой топологии или в сетях с общей шиной.

2. Многоволновая Оптическая Сеть

(MONET) организована консорциумом ряда компаний: AT&T, SONET, Bellcore, Lucent Technologies, Bell Atlantic, BellSouth и Pacific Telesis [22]. Цель программы состояла в разработке WDM-сети, прозрачной к технологиям TDM, а также в нахождении оригинальных подходов к построению полностью оптических методов передачи и исследовании потенциала сетей WDM. На рис. 3.1 представлена схема MONET с учётом зон влияния фирм, составляющих консорциум.
В рамках проекта MONET прошли отладку три образца телекоммуникационных систем, ориентированных на «локальный обмен», «кросс-коннект» и «длинное расстояние» [22]. Цель системы передачи на «длинное расстояние» состояла в изучении особенностей взаимодействия различных оптических сигналов на расстоянии свыше 2000 км. Система «кросс-коннект» предназначалась для взаимодействия системы «длинного расстояния» с локальными сетевыми операторами и должна была обеспечить изучение совместной работы коммутирующих устройств, используемых на линейном тракте, и программного обеспечения управления сетью. «Локальная» система передачи демонстрировала работоспособность различных локальных сетей с учётом присущих им топологических особенностей, в результате чего были выработаны рекомендации по универсальности топологии и условия функциональной совместимости LAN распространённых стандартов. В системе MONET использовалось восемь несущих длин волн в С-диапазоне с поддержкой аналоговых и цифровых сигнальных форматов, а также обеспечивалась взаимосвязь между перечисленными тремя испытательными стендами. Продемонстрирована успешная передача с битовой скоростью в 2.5 Гбит/с более чем на 2290 км. В программе MONET использовались передающие лазерные матрицы (перестраиваемые по длине волны лазеры с интегрированными модуляторами и разветвителями); массивы коммутационных элементов с оптоэлектронными переключателями (WSXC) вида 22 и 44, и жидкокристаллические переключатели с объемными интегрально-оптическими компонентами (LCXC).

Рис. 9.6. Архитектура проекта MONET: WADM – мультиплексор, уплотняющий сигналы по длине волны; WSXC и LCXC – маршрутизаторы с функцией коммутации
Сегмент «длинное расстояние»

3.

В

рамках

программы

ONTC

[22] объединились усилия таких фирм, как: Bellcore, Colombia University, Hughes Research Laboratories, Northern Telecom, Rockwell Science Center, Case Western Reserve University, United Technology Research Center, Uniphase Telecommunications Product и Lawrence Livermore National Laboratories. Цель проекта состояла в создании стенда для исследования различных компонентов WDM в сети ATM/WDM. Стенд содержал четыре узла доступа, соединённых в два волоконных кольца посредством кросс-коннекторов WDM типа 22 (рис. 9.7).
В качестве ключевых выступали такие компоненты, как усилитель EDFA, акустооптические перестраиваемые фильтры, интегрированные в кросс-коннекторы селективные переключатели, волновые мультиплексоры ввода/вывода и многоволновые передающие и приёмные модули.
Среди результатов работы проектов MONET и ONTC в теоретической области необходимо выделить исследования по маршрутизации и масштабированию для односегментных и многосегментных сетей WDM. Разработаны алгоритмы маршрутизации, такие как LAMBDANET и IBM's Rainbow в первом случае, и GEMNET во втором случае, о которых речь пойдёт далее. Проводились исследования пропускной способности сетей, построенных по подобию распространённых сетевых стандартов, анализ и обсуждение результатов которых представлены в [45]. Выявлялись «сложные участки» на стыках сетей разных стандартов, в результате чего были разработаны рекомендации по отладке данных сетей.

– кросс-коннектор
WDM
– оконечное оборудование данных
Каждый узел доступа был оборудован коммутатором ATM и оптическими интерфейсами типа SONET. По желанию оператора осуществлялось добавление или удаление данных из группового тракта сети, а также отправка пакета на многопролётный маршрут.

Рис. 9.7. Схема стенда проекта ONTC


Рис. 9.8. Структурная схема сегмента DWDM: R1, R2, …, Ri – имена входных/выходных полюсов мультиплексора

а б
Рис. 9.9. Сетевая конфигурация WDM «связанные кольца»:
с одинарной (а) и с двойной (б) связью
Кроме мультиплексорного оборудования и волоконно-оптических компонентов линейного тракта, на сегментах сети используются регенераторы, восстанавливающие сигнал в соответствии с «маской» (2R) или с восстановлением временных позиций (3R)6. По месту размещения на линейном тракте различают оконечные, усилительные и транзитные пункты. Аппаратура усилительного пункта может включать линейные усилители и компенсаторы дисперсии. Аппаратура транзитного пункта может быть выполнена в виде установленных «спина к спине» оконечных мультиплексоров ввода/вывода для выделения трибных сигналов [45]. Система автоматизированного управления посредством применения программного обеспечения выполняет [41]:

  • конфигурирование сетей;

  • обслуживание аварийных событий с указанием степени срочности устранения аварии и статуса устройств, находящихся в радиусе неисправности или на неисправном сегменте;

  • контроль рабочих характеристик с возможностью загрузки программного обеспечения удалённых устройств7;

  • выключение выходной оптической мощности при отсутствии входного оптического сигнала.


Подход к организации многих логических сегментов


На основе спектрального уплотнения изначальную сеть можно разделить на многие подсети, где каждая из них работает независимо на собственной длине волны, и где за перенаправление межподсетевого трафика отвечает устройство, именуемое мостом. Этот принцип позволяет не только совмещать многие задачи, делая сеть в конечном итоге мультисервисной, но и обеспечить эффективную передачу возрастающего трафика за счёт использования многих параллельных каналов.
Связь между подсетями, см. рис. 9.10, осуществляется путем логического присвоения моста обеим подсетям. Здесь важной задачей является оптимальный выбор подсетей и, соответственно, распределение мостов, что связано с аппаратной реализацией и в конечном итоге – с величиной капитальных затрат. Под «оптимальностью» подразумевается такой способ организации, при котором перекрестный трафик, проходящий по мосту, будет минимальным. Это необходимо для уменьшения перегрузок мостов с образованием больших очередей, а также для экономии сетевых ресурсов: передача через мост использует в два раза больше ресурсов, чем внутри подсети, уже хотя бы по задействованию количества и номеров длин волн.

а
б
A
A
A
A
A
B
C
C
C
K
K
I
I
I
F
F
F
F
A
G
G
G
D
D
G
G
E
E
E
E
H
H
H
H
H
H
J
J
J
L
(b.5)
(b.1)
(b.2)
(b.3)
(b.4)

в
г
A
A
A
A
B
B
C
C
C
K
I
I
B
B
F
C
F
F
F
G
G
G
F
D
D
E
D
E
H
H
H
H
E
J
J
L
L
(c.5)
(c.4)
(c.3)
(c.1)
(c.2)

е
– оборудование узлов A, C, E, F, G, H и K выполняет функции мостов;
– на узлах B и D производится транзитная передача без перекрёстного трафика;
– узлы I, J и L работают только на домашних длинах волн
A
K
C
G
L
J
D
E
I
B
F
H
Рис. 9.10. Виды топологических схем сети: а – физическая топология; б – система возможных логических связей; в – возможные маршруты, реализуемые в рамках логических связей; г – графическая иллюстрация подсетей и е – иллюстрация виртуальных каналов

Логические подсети, которые в общем случае не ограничиваются по видам применяемых топологий, могут в свою очередь также быть разбиты на части, что в определённых случаях сокращает время управления подсетями и обеспечит возможность их расширения в будущем. Если таким образом продолжить рассуждения, можно прийти к иерархии подсетей WDM подобно установленным в SDH, рис. 3.6. К отлаженным сетям WDM, работающим по принципу волнового уплотнения сегментов, следует отнести сети Bellcore's LAMBDANET и IBM's Rainbow [22]. Надёжность их работы обусловлена простой архитектурой – и LAMBDANET и IBM's Rainbow являются однопролетными сетями.
В LAMBDANET каждый узел оборудован единственным передатчиком, содержащим перестраиваемый по длине волны лазер, и N приемниками, соответствующими количеству N узлов в сети. Входящие длины волн разделяются с использованием дифракционного демультиплексора, после чего каждую индивидуальную длину волны направляют на соответствующий приемник. Передатчик каждого узла установлен на домашней длине волны, что обеспечивает передачу в однопролетной схеме без использования компонентов управления и специальных протоколов. Достоинством сети является удобство адресации. К недостатку LAMBDANET следует отнести сложность масштабирования, так как для этого требуется введение дополнительных длин волн. Ограничением также является требование об использовании N приемников, что для больших систем приводит к значительной стоимости оборудования8.
Система IBM's Rainbow разработана для обеспечения взаимодействия 32-х каналов IBM PS/2, обладающих скоростями передачи в 200 Mбит/с [22]. Каждый узел оборудован лазерным передатчиком с перестраиваемой длиной волны и настраиваемым приемником на основе фильтра Фабри-Перо. Произвольный приёмник «просматривает» все уплотнённые по длине волны каналы циклическим способом до тех пор, пока не находит канал с запросом на установку соединения, содержащим свой собственный адрес. После взаимодействия устройств9 и подтверждения готовности к приёму устанавливается полнодуплексное соединение. Протокол Rainbow относится к протоколам с последовательным или элеваторным опросом [22] (полингом) в основном канале. К недостатку алгоритма IBM's Rainbow следует отнести длительное время установления соединений и низкие возможности по упорядоченной масштабируемости [22]. Частичное устранение недостатков достигается при использовании улучшенного алгоритма Rainbow-2 [22], являющегося расширением сети Rainbow и использующего дополнительные протоколы высокого уровня: механизм отслеживания времени ожидания при коллизиях и модификацию идентификаторов запроса.

Особенности построения больших сетей WDM


на основе многих уплотнённых по длине волны сегментов


Виртуальные сегменты, о которых речь шла выше, в литературе, например, в [22], именуются световыми трактами (lightpaths). Принцип построения сетей WDM на основе световых трактов имеет ограничение по количеству используемых длин волн с учётом того, что кроме световых трактов может ещё производиться уплотнение каналов по длинам волн для многоканальной передачи. С учётом этого при проектировании большой сети применяется принцип многократного использования длин волн, рис. 9.11. Так, некоторая длина волны может использоваться для организации световых трактов, не являющихся соседними между собой или с уплотнёнными каналами.

A
C
B
F
G
D
H
E
Рис. 9.11. Принцип маршрутизации каналов в сети WDM

Такое многократное использование длины волны невозможно в сети WDM, основанной на пассивной звезде и не содержащей активных конвертеров [22]. В этой концепции возникает оптимизационная задача установления соединений и маршрутизации сигналов по физическим волокнам в смысле выполнения баланса затрат сетевых ресурсов. Степень свободы зависит от типа используемых элементов коммутации и конвертеров длин волн. Несмотря на использование оптимальных решений, этот подход полностью не снимает конфликты на сетевых узлах в случае пересечения различных оптических каналов с одинаковыми длинами волн, так как два сигнала, имеющие одну и ту же длину волны, могут одновременно направляться по различным маршрутам. Конфликт может быть разрешен применением конвертеров в каждом из узлов. Если применение конвертации недоступно, то оптический путь должен иметь единую длину волны во всех волоконных каналах, через которые он проходит. Это требование называется ограничением по непрерывности длины волны [22].
Другой подход в разрешении конфликтов состоит в поиске запасного маршрута для одного из двух противоречащих оптических путей, а в некоторых случаях предполагается задействование дополнительной длины волны. Подключение запасного маршрута, как правило, производится в динамическом режиме, т.е. после того, как сигнал передатчика уже отправлен. Реконфигурация может производиться на основе электронных коммутаторов, что далеко от полностью оптического решения, либо с применением «почти-полностью-оптических коммутаторов». Но при реализации второго варианта следует учитывать, что в подобном устройстве время, требуемое для изменения его конфигурации, зачастую несколько длиннее, чем допустимое время с учётом используемой битовой скорости. Поэтому оптические коммутаторы рекомендуется применять для переключения больших потоков данных или для установления тех или иных статических маршрутов в сети с учётом заданных длин волн, но не для переключения индивидуальных пакетов.
Ещё одной важной особенностью, которую следует принимать во внимание при построении сетей WDM, является задача поэтапной модернизации. Под «поэтапностью» в [22] подразумевается, что некоторое подмножество узлов может быть уже модернизировано, в то время как остальные узлы остаются аппаратно неизмененными.

Рис. 9.12. Пример сети,
подлежащей модернизации

Пусть имеется сеть, рис. 9.12, с семью узлами, физически связанными в виде кольца, на которой ряд узлов работает на длине волны 1 (пусть узлы с номерами 1, 3, 5 и 7 образуют подкольцо 1), и ряд узлов – на длине волны 2 (узлы 2, 4, 6 и 7 образуют подкольцо 2). По мере модернизации, заключающейся во вводе в эксплуатацию WDM-оборудования (1 + +2), подкольца будут сливаться, следовательно, в такой сети появится возможность двухканальной передачи. Согласно рис. 3.9, на начальном этапе двухканальная передача возможна только на узле 7.

ПОНЯТИЕ О КВАЗИСОЛИТОНОВОМ РЕЖИМЕ ПЕРЕДАЧИ



В связи с существенным увеличением битовой канальной скорости одним из актуальных способов борьбы с ХД является использование

квазисолитонового режима передачи (КСП)

. Последние в основном характеризуется тем, что в задачах анализа режимов приёма-передачи сигналов рассматривается не только амплитуда электрической напряжённости поля световой волны E (или уровень мощности P) и длительность оптического импульса Tи, или в крайнем случае – огибающая оптической мощности (форма импульса), но главным образом – функция чирпа, которая характеризует изменение частоты мгн (или длины волны мгн) на протяжении длительности импульса:
,
где () – знак дифференциала от функции; , (T) – фаза в представлении ; T – время в системе отсчёта, связанной с импульсом , позволяющее уйти от текущего и дающее возможность не учитывать параметр 1 в разложении функции [6, 8, 9].
Знак минус используется вследствие того, что направление отсчёта физической системы будет противоположно принятому в математике приращению аргумента. Действительно, традиционно эксплуатируемые в России ВОЛП, построенные на ОВ SMF-28, обладают отрицательным характеристическим дисперсионным параметром 2,SMF  - 22 пс2/км (соответственно дисперсионным коэффициентом  17 пс/нмкм [6, 10]) в области длин волн магистральной передачи 0  1550 нм. Это приводит к тому, что изначально нечирпированный импульс, все спектральные компоненты линии излучения  которого, расположенные равномерно на протяжении его длительности, приобретает отрицательный чирп по мере прохождения расстояния z вдоль ВОЛП, рис. 1, в результате чего коротковолновые (условно – «синие») компоненты сосредотачиваются в области переднего фронта, а длинноволновые («красные») компоненты – в области заднего фронта.

НЕСИММЕТСРИЧНО ЧИРПИРОВАННЫЙ ИМПУЛЬС



(z2)
(z1)
С,ХД < 0
1
2

z2 > z1


Рис. 9.13. «Синие» компоненты уходят вперёд, а красные отстают при 2 < 0 и D > 0; 1 и 2 – линейные функции чирпа для различных точек на ВОЛП, вызванные ХД [6]. Чем дальше распространяется импульс, тем больше разделение спектральных составляющих. При дальнейшем распространении «синие» составляющие «уходят» дальше, чем полуширина импульса, что и приводит к его уширению во временной области. Представленный на рисунке супергауссов импульс [6] является моделью используемых на ВОЛП меандровых импульсов

СИММЕТСРИЧНО ЧИРПИРОВАННЫЙ ИМПУЛЬС



Рис. 9.14. Иллюстрация входного импульса, содержащего начальное чирпирование: 1 – линейное изменение , соответствующее реальной физической системе; 2 – получаемое из (1) изменение частоты 
С < 0
С > 0


1 Общее количество крупных исследовательских проектов, направленных на изучение AON и реализующихся в настоящее время, составляет более двадцати (см., например, [1]).

2 Это и представленные ниже – оригинальные названия программ.

3 Имеется в виду использование одного и того же значения длины волны в различных непересекающихся сегментах сети.

4 С количеством каналов более 20 и коэффициентом неравномерности разделения в пределах 10 % [31, 32].

5 См., например, «модуляционное уширение» по [29].

6 В обоих случаях производится усиление. Можно по аналогии считать, что линейный усилитель типа EDFA выполняет 1R регенерацию.

7 Процесс загрузки программного обеспечения не должен влиять на процесс передачи цифровых сигналов в оптических каналах. Обеспечивается автоматическое опознавание версии программного обеспечения, а также типа и серийного номера каждого блока. Максимальное время между появлением неисправности и отображением информации о ней на экране рабочей станции должно быть не более 3,0 с [45].

8 Применение так называемого приемного массива обеспечивает приемлемую стоимость сети для N = 10...100.

9 Протокол взаимодействия подобен использующемуся в Ethernet.
Карта сайта

Последнее изменение этой страницы: 2018-09-09;



2010-05-02 19:40
referat 2018 год. Все права принадлежат их авторам! Главная