Оптические сети

Современный     этап     развития     инфо     OPTICAL

NETWORKкоммуникаций повсеместно связан с интеграцией и использованием сетей передачи данных разного рода и направленности. На сегодняшний день передаваемую информацию можно характеризовать как мультимедийную. Это так называемый контент Triple play. Он подразумевает передачу аудио потока, видео потока, а также различных видов данных и информации. Иногда его называют AVD, что значит audiovideo-data.

Каждый из передаваемых потоков характеризуется по-своему. Если передача аудио и видео данных носит потоковый характер, то передача трафика данных носит скачкообразный характер и может пульсировать. Данные особенности передачи влекут за собой потребность в разработке таких технологий передачи данных, которые с легкостью могли бы справляться как с особенностями предаваемого трафика, так и с увеличивающейся потребностью предоставления телекоммуникационных услуг все большему спектру населения.

На сегодняшний день самой популярной архитектурой построения высокоскоростных сетей передачи данных является FTTx. В переводе трактуется, как «Оптическое волокно до…». Это может быть оптика до офиса, квартиры, частного или жилого многоквартирного дома. Различает все это «технология последней мили», то есть расстояние до оконечного устройства, после которого оптический сигнал будет преобразован в электрический и, непосредственно, считан устройством.

Сама же архитектура FTTx может быть построена по двум основным технологиям. Технология построения пассивной или же активной оптической сети.

В пассивной оптической сети (PON) полностью отсутствует коммутационное оборудование, работающее от электрической сети. Для предоставления услуг связи используются оптические разветвители, цель которых мультиплексирование и демультиплексирование оптических потоков данных. В основе построения задействован центральный приемопередающий модуль OLT (Optical line terminal) и оконечные удаленные абонентские узлы ONT (Optical network terminal). Соединение оконечных узлов с центральным происходит по топологии типа «дерево». Электрическая сеть здесь используется только для питания оконечных устройств. На рисунке 1 представлена архитектура пассивной оптической сети.

Рисунок 1 – Архитектура пассивной оптической сети

На сегодняшний день данная технология способна передавать информацию на расстояние до 60 км с пропускной способностью до 2500 Гбит/с.

Основными недостатками сетей данного рода является:

• 1.    Более короткое расстояние передачи данных, нежели в активных оптических сетях;

• 2.    Из-за специфики развертывания, при возникновении неисправности в данных сетях, выявить поломку является очень проблематичным;

• 3.    Пропускная способность пассивных оптических сетей не предназначена для работы с индивидуальными абонентами. Это говорит о том, что в случае перегрузки сети ее пропускная способность значительно снизится.

В активной оптической сети (AON) задействовано коммутационное оборудование, питание которого осуществляется от электрической сети. Данные устройства занимаются тем, что преобразуют оптический сигнал в электрический и наоборот. Оконечные пользователи соединены к коммутационным оборудованием с помощью витой пары.

Данная сеть строится на базе технологии Ethernet, а именно ETTx, то есть «Ethernet To The …»

В отличии от пассивной оптической сети, каждый сигнал, передаваемый по линии, доходит только до того оконечного пользователя, для которого он предназначен. На рисунке 2 представлена схема построения активной оптической сети на базе технологии ETTx.

Глобальная сеть Internet

Оборудование оператора связи

Волоконно-оптический кабель

Оборудование «последней мили»

Кабель «витая пара»

Рисунок 2 – Пример построения активной оптической сети на базе ETTx

Пропускная способность сетей данного рода определяется пропускной способностью оборудования последней мили. Как правило, она достигает пределов 10 Гбит/с.

К недостаткам таких сетей стоит отнести установку коммутационного оборудования для каждых 48 абонентов сети. Это, в свою очередь, повышает энергопотребление системы и снижает ее надежность.

Но главным недостатком вышеописанных технологий передачи данных является сам факт преобразования оптического сигнала в электрический и наоборот. Это влечет за собой дополнительные финансовые затраты, введение преобразующего оборудования и снижение пропускной способности на границе раздела среды оптика-медь.

На сегодняшний день активно разрабатываются полностью оптические сети AON или All-Optical Networks.

Главное отличие данных сетей состоит в том, что передачу информации напрямую до оконечного пользователя обеспечивают только оптические технологии.

AON сети предоставляют пропускную способность в десятки, и даже сотни раз больше, по сравнению с существующими оптическими сетями передачи данных.

При передаче оптических квантов света по оптическому каналу возникает ряд проблем. Для их решения провайдеры связи внедряют в сеть различные усилители сигнала, а также регенераторы. В сетях данного рода применяются способы передачи отдельных волн посредством оптического усиления сигнала, что позволяет избежать операций электрической регенерации, а также восстанавливать их форму и синхронизировать. Так же, как и фотоны, изолированные волны имеют ограничение по дистанции распространения. Их настройка и восстановление формы выполняются на физическом уровне. AON сети, использующие коммутацию, также могут быть реализованы на световом уровне. Некоторые оптические методы позволяют коммутировать и световые сигналы.

Основная составляющая для полностью оптических сетей – это оптические коммутаторы. Сегодня существует несколько разновидностей данных устройств:

• 1.    Коммутатор в виде балансового светового интерферометра;

• 2.    Коммутатор в виде балансового ответвителя;

• 3.    Коммутатор, построенный на скрещивающихся волноводах.

В основе работы оптического коммутатора заложен электрооптический линейный эффект Поккельса, который описывает изменение показателей преломления нужного материала, которое пропорционально напряженности относящегося к нему электрического поля.

В AON сетях оптические коммутаторы выполняют ту же самую роль, что и обычные электрические коммутаторы в классических сетях. Основная их задача состоит в том, чтобы коммутировать каналы или пакеты.

Но стоит отметить, что механическая и оптическая коммутация по своим свойствам, это абсолютно разные технологии реализации.

На рисунке 3 приведена классификация полностью оптических сетей.

Категория сети Многовол новая мультиплексная линия свяли	Подкатегория	_________ Характеристики _________ Полностью    прозрачная    по отношению к оконечным углам
Полностью оптическая         с коммутацией каналов	Широковстци । сльная (пассивная) сеть	Полностью прозрачная
	Сеть с пассивной волновой маршрута тапией	Полностью прозрачная
	Сеть с активной волновой маршрутизацией	Полностью прозрачная
Полностью оптическая         с коммутацией пакетов	Сеть с последовательной оптовой коммутацией пакетов Сеть с параллельной битовой коммутацией пакетов	Прозрачная при неполь юваннн установленного протокола Прозрачная при использовании ус гановленного протокола

Рисунок 3 – Классификация AON сетей

Под прозрачностью понимается передача оптического сигнала в формате приложения. Это может быть код или частота модуляции.

На сегодняшний день уже существует первая экспериментальная полностью оптическая сеть. Организация под названием All Optical Networking Consortium создала данную сеть с использованием 20-ти канальной системы WDM (спектральное уплотнение каналов) со скоростями передачи данных от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с на один канал. Как уже говорилось выше, сеть является полностью оптической, то есть передаваемая по сети информация не подвергается преобразованиям из оптической в электрическую форму, хотя контроль за соединениями осуществляется с помощью электроники.

Таким образом, разработка и внедрение полностью оптических сетей является наиболее актуальным направлением в развитии сетей связи, информационных технологий и телекоммуникаций в целом.