Изучение технологий доступа для широкополосной электросвязи (стр. 6 )

•        Менее строгие спецификации. DWDM уменьшает технологические ограничения для оптоэлектронных (O/E) компонентов, необходимых для реализации системы, так как эти компоненты должны работать на отдельной наивысшей длине волны, а не во всем диапазоне пропускной способности.

•        Полнодуплексная работа в одном волокне.

С появлением систем DWDM появилось множество вариантов повышения пропускной способности передачи за счет изменения числа длин волн в волоконной паре (разнесение), скорости передачи в волне, полосы оптических частот и (с регенерацией синхронизации или без нее). На Рисунке 4 показаны параметры, влияющие на ожидаемое расстояние в разрабатываемых системах DWDM.

•        Повышение двоичной скорости ограничивается такими физическими явлениями, как например, хроматическая дисперсия, для которой может потребоваться управление дисперсией, дисперсия моды поляризации, критичная для существующих установленных кабелей, нелинейности волокна, приводящие к перекрестной фазовой модуляции и четырехволновому смешиванию, имеющиеся в быстродействующих и более дорогостоящих электронных компонентах, например, оптоэлектронное преобразование.

•        Увеличение числа длин волн ограничивается общей доступной полосой оптических частот (в волокне и усилителях) и разнесением между длиной волны, приводящим к стабилизации проблем, ограничению двоичной скорости и повышению влияния эффектов нелинейности.

•        Увеличение расстояния ограничивается коэффициентом усиления усилителя в зависимости от ширины полосы и длины волны, числом последовательных участков регенерации в зависимости от накапливаемых шумов и фазового дрожания, а также от того, имеют ли регенераторы функции восстановления синхронизации.

Различные параметры зависят друг от друга, т. е. увеличение одного параметра может уменьшить допустимые значения других параметров.

В различных публикациях описаны DWDM системы большой емкости, например:

•        Сигналы со скоростью 10 Гбит/с передаются на 32 волнах, в итоге получаем скорость 320 Гбит/с. Сообщается об участках оптической передачи на расстояния 80-140 км для получения трасс оптической передачи длиной более 600 км.

•        Сигналы со скоростью 20 Гбит/с передаются на волнах, в итоге получаем скорость в одном волокне более чем Тбит/с.

•        Сигналы со скоростью 10 Гбит/с передаются на 150 волнах с разнесением 50 ГГц, в итоге получаем скорость 1,5 Тбит/с.

В этой системе для получения участков оптической передачи на расстояния 100 км на трассах оптической передачи длиной более 400 км требуется волокно с компенсацией дисперсии.

Рисунок 4 – Разработка систем DWDM

В процессе непрерывной эволюции вполне вероятно, что в ближайшем будущем будут добавлены средства оптической коммутации, начиная от не переконфигурируемых элементов ввода-вывода, за которыми следуют оптически защищенные самовосстанавливающиеся кольца, и затем оптическими перекрестными соединениями для взаимного соединения колец или в качестве основы полносвязанных оптических сетей. Однако вероятно, физические пределы будут ограничивать достижимые размеры фотонных сетей, которые можно было бы увеличить только, используя частичные или полные оптоэлектронные регенераторы.

I.1.5        Матрица синхронной цифровой иерархии

Растущий спрос на более высокие скорости передачи, более гибкое распределение каналов вместе со сложными требованиями к управлению привели к появлению концепции синхронной передачи. Эта концепция была впервые предложена в США компанией Bellcore в виде синхронной оптической сети SONET. Затем МСЭ уточнил и обобщил принципы создания синхронной цифровой иерархии, СЦИ. Дух международного сотрудничества привел к единому всемирно признанному стандарту для СЦИ. СЦИ расширяет принципы плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ), избегая при этом некоторых недостатков ПЦИ, и приводя к получению следующих ведущих факторов:

•        Цифровые каналы со скоростью 64 кбит/с или группы каналов могут добавляться или выделяться непосредственно из сигналов СЦИ без промежуточных стадий мультиплексирования, что приводит к получению экономичного оборудования ввода/вывода.

•        Плезиохронные сигналы различных уровней и принадлежащие различным иерархиям (например, ETSI в Европе, ANSI в США) могут быть преобразованы в СЦИ и переданы как сигналы СЦИ.

•        Цифровые каналы со скоростью 64 кбит/с или группы каналов могут коммутироваться в синхронных цифровых кроссовых коммутаторах (DXC).

•        Маршрутизация в сетях DXC может управляться командами, что позволяет гибко создавать различные конфигурации логических сетей на основе одной и той же физической сети. Различные конфигурации логических сетей могут создаваться в разное время.

•        Коммутаторы DXC позволяют сортировать трафик, например входящий цифровой сигнал, содержащий смесь данных, голоса и видео, может быть преобразован в отдельные цифровые сигналы данных, голоса и видео.

•        Коммутаторы DXC позволяют пакетировать трафик, например входящие цифровые сигналы с пустыми слотами времени могут быть объединены в цифровые сигналы без пустых слотов времени, что полностью использует среду передачи.

•        Коммутатор DXC может располагаться вместе с телефонной станцией. В таком случае DXC обрабатывает обычную базовую нагрузку трафика, а телефонная станция обрабатывает пиковый трафик, что будет более экономичным, чем один простой телефонный коммутатор с повышенной емкостью.

•        Последнее, но не менее важное: СЦИ и DXC это первые типы оборудования, которые были специально разработаны для сетей управления электросвязью (СУЭ) с достаточной емкостью для управления.

Основой иерархии СЦИ является синхронный транспортный модуль STM-1. STM‑1, содержащий 19 440 битов, повторяется 8000 раз в секунду, и получаются следующие приведенные ниже двоичные скорости STM-N:

       STM-1        155,520 Мбит/с

       STM-4        622,08 Мбит/с

       STM-16        2488,32 Мбит/с

       STM-64        9953,28 Мбит/с

Требование по транспортировке сигналов ПЦИ различных иерархий вместе с сигналами ATM приводит к сложной схеме мультиплексирования. Одна система STM-1 может передать различные системы ПЦИ и одну систему ATM, как показано ниже:

       3 × 34 или 45 Мбит/с системы        84 × 1,5 Мбит/с системы

       21 × 6 Мбит/с система                1 × 140 Мбит/с система

       63 × 2 Мбит/с системы                1 × ATM система

Стандартизовано четыре мультиплексора СЦИ (MUX):

1)        MUX для преобразования из плезиохронных сигналов (в соответствии с Рек. G.703) в синхронные сигналы STM‑N. Может быть обеспечено гибкое назначение компонентов для любой позиции в кадре STM-N. Пригоден для установления линий СЦИ в плезиохронной среде.

2)        MUX для преобразования между различными сигналами STM. Множество сигналов STM-1 могут мультиплексироваться для повышения скорости передачи. Возможно гибкое назначение для контейнера VC-3/4 любой позиции в одном STM-N. Допускает эффективное использование емкости оптических кабелей.

3)        MUX для вывода/ввода плезиохронных и синхронных сигналов в STM-N без демультиплексирования и завершения полного сигнала. Отдельные каналы или группы каналов могут добавляться или выделяться из синхронного потока битов. Типичным вариантом использования являются мультиплексоры ввода/вывода в самовосстанавливающихся конфигурациях колец.

4)        MUX для переноса между сетями для того, чтобы разрешить трафик C-3 в контейнерах VC-3 для передачи, например, между сетями США и Европы.

Стандартизованы три базовых типа цифровых кроссовых коммутаторов (DXC) с тремя типами кроссовых коммутаторов:

1)        Кроссовые коммутаторы DXC для плезиохронных сигналов 140 Мбит/с или сигналов STM‑1,

2)        Кроссовые коммутаторы DXC для плезиохронных сигналов 2, 34 и 140 Мбит/с,

3)        Кроссовые коммутаторы DXC, объединяющие функции типов 1 и 2.

Кроссовые коммутаторы DXC характеризуются уровнями порта и уровнями кроссовой коммутации, как показано, например, на Рисунке 5.

DXC 1/0        Уровень порта 2,048 Мбит/с и уровень кроссовой коммутации 64 кбит/с.
       например для сетей арендуемых линий со скоростью 64 кбит/с.

DXC 4/1        Уровень порта 140 Мбит/с и уровень кроссовой коммутации VC-12,
       например, для сетей арендуемых линий со скоростью 2 Мбит/с.

DXC 4/4        Уровень порта 140 Мбит/с или STM-1 и уровень кроссовой коммутации VC-4,
       например, для защиты сети вместе с DXC 4/1 для администрирования сети.

Рисунок 5 – Примеры цифрового оборудования кросс коммутации

Важным применением СЦИ является использование мультиплексированных секторных колец с совместно используемой защитой (MS-SP). Суммарная нагрузка в каждой линии STM-N делится поровну на рабочую емкость и емкость защиты. Трафик двусторонний: два волоконных кольца используются в направлении по часовой стрелке и два волоконных кольца используются в направлении против часовой стрелки. Емкость защиты используется совместно всеми работающими секциями. В случае неисправности в линии выполняется подключение шлейфа на узлах, соседних с неисправной линией или узлом. Типовые параметры кольца таковы: 8 контейнеров VC-4 на линию, время переключения менее 50 мс и до 16 узлов в кольце. В современных сетевых конфигурациях кольца используются в тандеме, каждое из них представляет, например, уровень сети. Неисправности кабеля и узла устраняются с применением вышеописанных принципов. В таком случае соединение 2 колец через 2 узла использует преимущество колец MS-SP, приводя к получению полностью безопасных конфигураций сетей.