Оптические кросс- коннекторы

В сетях с ячеистой топологией необходимо обеспечить гибкие возможности для изменения маршрута следования волновых соединений между абонентами сети. Такие возможности предоставляют оптические кросс- коннекторы, позволяющие направить любую из волн входного сигнала каждого порта в любой из выходных

портов (конечно, при условии, что никакой другой сигнал этого порта не использует эту волну, иначе необходимо выполнить трансляцию длины волны).

Существуют оптические кросс- коннекторы двух типов:

□ оптоэлектронные кросс- коннекторы с промежуточным преобразованием в электрическую форму;

□ полностью оптические кросс- коннекторы, или фотонные коммутаторы.

Исторически первыми появились оптоэлектронные кросс- коннекторы, за которыми и закрепилось название оптических кросс- коннекторов. Поэтому производители полностью оптических устройств этого типа стараются использовать для них отличающиеся названия — фотонные коммутаторы, маршрутизаторы волн, или лямбда- маршрутизаторы. У оптоэлектронных кросс- коннекторов имеется принципиальное ограничение — они хорошо справляются со своими обязанностями при работе на скоростях до 2,5 Гбит/с, но, начиная со скорости 10 Гбит/с и выше, габариты таких устройств и потребление энергии превышают допустимые пределы. Фотонные коммутаторы свободны от такого ограничения.

В фотонных коммутаторах используются различные оптические механизмы, в том числе дифракционные фазовые решетки и микроэлектронные механические системы (Micro-Electro Mechanical Systems, MEMS).

Система MEMS представляет собой набор подвижных зеркал очень маленького (с диаметром менее миллиметра) размера (рис. 79). Коммутатор на основе MEMS применяется после демультиплексора, когда исходный сигнал уже разделен на составляющие волны. За счет поворота микрозеркала на заданный угол исходный луч определенной волны направляется в соответствующее выходное волокно. Затем все лучи мультиплексируются в общий выходной сигнал.

Рис. 79. Микроэлектронная механическая система кросс-коммутации

По сравнению с оптоэлектронными кросс-коннекторами фотонные коммутаторы занимают объем в 30 раз меньше и потребляют примерно в 100 раз меньше энергии. Однако этот тип устройств обладает низким быстродействием и чувствительностью к вибрации. Тем не менее системы MEMS находят широкое применение в новых моделях фотонных коммутаторов. Сегодня подобные устройства могут обеспечивать коммутацию 256 х 256 спектральных каналов, и планируется выпуск устройств с возможностями коммутации 1024 х 1024 каналов и выше.

Выводы

· Первичные сети предназначены для создания коммутируемой инфраструктуры, с помощью которой можно достаточно быстро создать постоянные каналы, организующие произвольную топологию.

· В первичных сетях используют технику коммутации каналов различного типа: с частотным (FDM), временным (TDM) и волновым (WDM/DWDM) мультиплексированием.

· В сетях FDM каждому абонентскому каналу выделяется полоса частот шириной 4 кГц. Существует иерархия каналов FDM, при этом 12 абонентских каналов образуют группу каналов первого уровня иерархии (базовую группу) с полосой 48 кГц, 5 каналов первого уровня объединяются в канал второго уровня иерархии (супергруппу) с полосой 240 кГц, а 10 каналов второго уровня составляют канал третьего уровня иерархии (главную группу) с полосой в 2,4 мГц.

· Цифровые первичные сети PDH позволяют образовывать каналы с пропускной способностью от 64 Кбит/с до 140 Мбит/с, предоставляя своим абонентам скорости четырех уровней иерархии.

· Недостатком сетей PDH является невозможность непосредственного выделения данных низкоскоростного канала из данных высокоскоростного канала, если каналы работают на несмежных уровнях иерархии скоростей.

· Асинхронность ввода абонентских потоков в кадр SDH обеспечивается благодаря концепции виртуальных контейнеров и системы плавающих указателей, отмечающих начало пользовательских данных в виртуальном контейнере.

· Мультиплексоры SDH могут работать в сетях с различной топологией: цепи, кольца, ячеистой топологией. Различают несколько специальных типов мультиплексоров, которые занимают специфическое место в сети: терминальные мультиплексоры, мультиплексоры ввода-вывода, кросс-коннекторы.

· В сетях SDH поддерживается большое количество механизмов отказоустойчивости, которые защищают трафик данных на уровне отдельных блоков, портов или соединений: EPS, CP, MSP, SNC-P и MS-SPRing. Наиболее эффективная схема защиты выбирается в зависимости от логической топологии соединений в сети.

· Технология WDM/DWDM реализует принципы частотного мультиплексирования для сигналов иной физической природы и на новом уровне иерархии скоростей. Каждый канал WDM/DWDM представляет собой определенный диапазон световых волн, позволяющих переносить данные в аналоговой и цифровой форме, при этом полоса пропускания канала в 25-50-100 ГГц обеспечивает скорости в несколько гигабит в секунду (при передаче дискретных данных).

· В ранних системах WDM использовалось небольшое количество спектральных каналов, от 2 до 16. В системах DWDM задействовано уже от 32 до 160 каналов на одном оптическом волокне, что обеспечивает скорости передачи данных для одного волокна до нескольких терабит в секунду.

· Современные оптические усилители позволяют удлинить оптический участок линии связи (без преобразования сигнала в электрическую форму) до 700-1000 км.

· Для выделения нескольких каналов из общего светового сигнала разработаны сравнительно недорогие устройства, которые обычно объединяются с оптическими усилителями для организации мультиплексоров ввода-вывода в сетях дальней связи.

· Для взаимодействия с традиционными оптическими сетями (SDH, Gigabit Ethernet, 10G Ethernet) в сетях DWDM применяются транспондеры и трансляторы длин волн, которые преобразуют длину волны входного сигнала в длину одной из волн стандартного частотного плана DWDM.

· В полностью оптических сетях все операции мультиплексирования и коммутации каналов выполняются над световыми сигналами без их промежуточного преобразования в электрическую форму. Это упрощает и удешевляет сеть.

Вопросы и задания

1. Какие недостатки первичных сетей FDMпривели к созданию цифровых пер­вичных сетей?

2. Название Т-1 обозначает:

o аппаратуру мультиплексирования, разработанную компанией AT&T;

o уровень скорости 1,544 Мбит/с;

o международный стандарт линии связи;

o способ мультиплексирования цифровых потоков 64 Кбит/с.

3. Какие функции выполняет младший бит каждого байта в канале Т-1 при пе­редаче голоса?

4. Можно ли в сети PDHвыделить канал DS-0 непосредственно из канала DS-3?

5. Какие методы применяются на практике для решения предыдущей проб­лемы?

6. Какие механизмы в канале Е-1 заменяют «кражу бита» канала Т-1?

7. Почему первичные сети обеспечивают высокое качество обслуживания всех видов трафика?

8. Какое свойство технологии PDHотражает слово «плезиохронная»?

9. Каким образом компенсируется отсутствие синхронности трибутарных пото­ков в технологии SDH?

10. Какое максимальное количество каналов Е-1 может мультиплексировать кадр STM-1?

11. Сколько каналов Т-1 может мультиплексировать кадр STM-1, если в нем уже мультиплексировано 15 каналов Е-1?

12. Какие уровни стека протоколов SDHотвечают за реконфигурирование сети в случае отказов оборудования?

13. Какова максимальная скорость канала передачи данных между регенератора­ми SDH?

14. По какой причине в кадре STM-1 используется три указателя?

15. С какой целью в технологиях PDHи SDHиспользуется чередование байтов?

16. В чем отличие схем защиты 1+1 и 1:1? Варианты ответов:

o в схеме 1 + 1 два потока мультиплексируются в один, а в схеме 1:1 нет;

o схема 1 + 1 говорит о том, что резервный элемент выполняет те же функции, что и основной, а в схеме 1:1 резервный элемент простаивает до момента выхода из строя основного;

o схема 1 + 1 используется для защиты портов, а схема 1:1 — для защиты путей трафика.

17. При каких условиях защита MS-SPRingболее эффективна, чем SNC-P?

18. Что общего между первичными сетями FDMи DWDM?

19. К какому типу сетей относятся сети DWDM— аналоговым или цифровым?

20. С какой целью в сетях DWDMиспользуются регенераторы, преобразующие оптический сигнал в электрический?

21. Назовите причины ухудшения качества оптического сигнала при передаче через большое количество пассивных участков DWDM?

22. Какие принципы коммутации световых сигналов используют оптические кросс-коннекторы?