Оптиковизация

Динамика развития и внедрения оптических технологий в сетях связи СССР-России-Украины может быть разбита на несколько значимых этапов.

Первый этап

В середине 1980-х гг. появились оптические волокна (ОВ) с затуханием на единицы и десятые доли дБ/км при работе в окнах прозрачности, с первого по третий соответственно. Это позволило при организации городских соединительных линий исключить НРП и их дистанционное питание, так как протяженность участка регенерации ВОСП перекрывала в большинстве случаев расстояние между двумя соседними АТС в городе. Приемопередающая аппаратура в промежуточных и оконечных пунктах соединительных линий реализовывалась в унифицированных стоечных конструктивах, предназначенных для размещения в отапливаемых помещениях ЛАЦ АТС.

Появление ОВ на сетях связи привело к процессу глобальной их цифро-визации во всем мире, и первые ВОСП были ЦСП на оптическом кабеле (ОК).

Но применение первых поколений ВОСП на внутризоновой (ВзПСи) и магистральной первичной (СМП) сетях обнаружило проблемы, связанные с электропитанием НРП и ограниченными возможностями по широкополосности многомодовых ОВ.

Второй этап

Второй этап в динамике развития ВОСП можно связать с появлением в конце 1980-х годов одномодовых ОВ с нулевой, а затем со смещенной дисперсией, параметры которых были определены в Рекомендациях МСЭ-Т G.652 и G.653 соответственно. Это сразу же привело к штурму скоростей передачи. Еще до появления на сетях связи синхронных мультиплексоров были созданы ВОСП на базе ЦСП ПЦИ с неиерархическими скоростями 565 Мбит/с (Е4х4) и 2,4 Гбит/с (Е4х16).

К особенностям одномодовых ОВ по сравнению с многомодовыми относится и то, что предельная длина участка регенерации по скорости передачи цифрового сигнала определялась уже не только параметрами ОВ, но и параметрами аппаратуры.

В начале 1990-х годов на рынке средств связи появились эрбиевые волоконно-оптические усилители и пассивные компенсаторы дисперсии. Это значительно увеличило предельную длину по затуханию участка регенерации ВОСП, что позволило в большинстве случаев перекрыть расстояние между двумя соседними сетевыми узлами на зоновых и магистральных сетях, то есть исключить НРП не только при проектировании новых, но и при реконструкции существующих линий.

Третий этап

Третий этап развития и внедрения оптических технологий можно связать с появлением в середине 1990-х годов ВОСП со спектральным разделением каналов (ВОСП-СР) или многоволновых (многоканальных) ВОСП (технология WDM), востребованных из-за проблемы "нехватки волокон".

Первые поколения ВОСП-СР продемонстрировали новые возможности для операторов связи не только с точки зрения значительного увеличения пропускной способности существующих ВОЛП без дополнительных капитальных затрат, но и с точки зрения более гибкой организации и развития сетей для транспортирования, например, различного вида информационной нагрузки (Рисунок - Сетевые структуры на основе ВОСП-СР).

Общим для сетевых структур на основе ВОСП-СР является то, что они включают: оптические мультиплексоры (ОМ) и оптические демультиплексоры (ОД), m-транспондеры (ТР) для каждого из m-оптических каналов ВОСП-СР, оптические усилители мощности на передающем конце оптического тракта (ОУ1), оптические предусилители на приемном конце оптического тракта (ОУ2) и линейные (промежуточные) оптические усилители в оптическом тракте.

Транспондеры

Транспондер предназначен для преобразования оптического сигнала с целью его передачи в оптическом канале с требуемыми характеристиками.

Определены два типа транспондера:

· 2R - с регенерацией цифрового сигнала по амплитуде и форме;

· 3R - с регенерацией цифрового сигнала по амплитуде, форме и тактовому (временному) положению.

Для ТР-2R определяется диапазон скоростей цифрового сигнала, а ТР-3R предназначен для работы на определенной (одной) скорости передачи цифрового сигнала.

Технологии WDM

В оборудовании ВОСП-СР могут применяться технологии:

· CWDM (Corse WDM) - неплотное спектральное разделение, при котором канальный промежуток превышает 20 нм;

· DWDM (Dense WDM) - плотное спектральное разделение, при котором канальный промежуток равен 0,4; 0,8 или 1,6 нм;

· UWDM (Ultra Dense WDM) - сверхплотное спектральное разделение, при котором канальный промежуток не превышает 0,2 нм.

Спектральные диапазоны длин волн Определены также спектральные диапазоны длин волн, используемых для передачи оптических сигналов:

· О (original band) - от 1260 до 1360 нм;

· Е (extended band) - от 1360 до 1460 нм;

· S (short wavelength band) - от 1460 до 1530 нм;

· С (conventional band) - от 1530 до 1565 нм;

· L (long wave length band) - от 1565 до 1625 нм;

· U (ultra long wave length band) - от 1625 до 1675 нм.

Перспективы развития ВОСП-СР. В настоящее время в сетях связи применяется в основном оборудование ВОСП-СР, интегрированное с оборудованием ЦСП СЦИ и общей для них системой управления. Это позволяет при эксплуатации использовать уже разработанные в рамках создания транспортной сети СЦИ методы и средства контроля и управления. Однако интенсивное развитие принципов построения оптических транспортных сетей и NG-оптических технологий приведет к появлению на рынке средств связи универсальных оптических платформ с возможностью транспортирования по одному оптическому волокну любых цифровых форматов (АТМ, Gigabit Ethernet, IP и т.д.) наряду с форматом СТМ-N (СЦИ). Это внесет существенные коррективы при эксплуатации ВОСП-СР в номенклатуру объектов технической эксплуатации (оптические каналы, оптические мультиплексные секции, оптические секции передачи и в принципы контроля за качеством функционирования оптической сети.

Малые габариты и вес ОК, с одной стороны, и резкое снижение цен на ОВ, с другой - за последнее время создают дополнительные возможности для увеличения пропускной способности линии передачи за счет применения на сети многоволоконных ОК (технология SDM).

Сегодня ресурс ОК по пропускной способности определяется произведением числа волокон на число оптических каналов и на предельную скорость в каждом канале при данной протяженности участка линии передачи.

Развитие отрасли связи в мире ориентировано именно на активное использование современных оптических технологий и проходит под знаком повышения качества предоставления новых услуг связи и снижения затрат на пользование этими услугами. Считается, что только новые оптические (фотонные) технологии, обеспечивающие построение широкополосных мультисервисных сетей, способны уменьшить операторские расходы и снизить абонентскую плату.

Повышение экономической эффективности магистральных ВОСП-СР происходит как на аппаратном уровне по линии снижения стоимости элементной базы (оптического волокна и кабеля, дискретных элементов - лазеров, фотоприемников, оптических усилителей и т.д.), так и с помощью технических решений системного характера. К таким решениям можно отнести использование рамановского оптического усиления в рабочем волокне оптического тракта и применение предварительной коррекции ошибок при передаче в линии цифровых сигналов - FEC (forward error correction). Рамановское усиление позволяет увеличить длину пассивных (элементарных) кабельных участков между промежуточными оптическими усилителями и тем самым уменьшить количество этих усилителей. Применение FEC при передаче цифровых сигналов существенно снижает допустимую величину отношения сигнал/шум при заданном коэффициенте ошибок, что дает возможность значительно увеличить протяженность регенерационных секций магистральных ВОСП-СР и тем самым уменьшить число регенерационных пунктов или даже совсем обойтись без них. Следует отметить, что регенерационные пункты в значительной степени определяют стоимость всей системы ВОСП-СР. К оптимальным решениям системного характера можно отнести и применение при прокладке кабеля на смежных строительных длинах оптических волокон по Рекомендации МСЭ-Т G.655 с различной по знаку и одинаковой по величине крутизной коэффициента хроматической дисперсии. Наряду с использованием кода передачи CRZ (RZ с чирпированием) это позволяет значительно увеличить длину регенерационного участка по дисперсии без применения компенсаторов дисперсии и, следовательно, без дополнительного усиления (без дополнительных затрат).

Практически совместное использование Этих технических решений позволит увеличить длину регенерационного участка магистральной ВОСП-СР до 5000 км.

Характерной особенностью современной аппаратуры ВОСП-СР можно считать также использование в транспондерах передачи программно перестраиваемых по длине волны полупроводниковых лазеров. Это дает возможность комплектования оборудования однотипными серийными транспондерами с программной установкой необходимой длины волны под соответствующий спектральный канал. Однотипность транспондеров (как и любого элемента) также способствует снижению стоимости всего оборудования.

Четвертый этап

Появление новых оптических технологий и средств и постоянное их совершенствование создает предпосылки для развития сетей следующего поколения на чисто оптическом транспортном уровне, или, как их еще называют в литературе, - фотонных сетей, что можно связать с четвертым этапом динамики развития и перспективами внедрения ВОСП. Сущность фотонизации заключается в том, что на физическом уровне во всех звеньях цепи передачи исключается преобразование типа фотон-электрон и электрон-фотон. Это дает возможность на несколько порядков увеличить скорость передачи сигнала, значительно повысить протяженность участка линии передачи между соседними промежуточными пунктами благодаря уменьшению шумов за счет тепловой компоненты, а также существенно поднять технико-экономические показатели оборудования и его надежность в результате исключения электронно-оптических преобразователей.

Реализация преимуществ фотонизации приводит к изменению сетевых структур, в частности принципов коммутации и маршрутизации оптических сигналов.

Для реализации транспортной системы, которая выполняет функции оптической кроссконнекции (кроссовых соединений, оперативного переключения) и оптического мультиплексирования ввода/вывода, предлагается ряд технологий. Особый интерес представляет собой сеть, в которой применяется маршрутизация по длине волны, многократное использование длин волн, пакетное переключение с многократными пересылками сигнала. В этом случае оптический транспортный узел может состоять из оптического кроссконнектора и оптического мультиплексора ввода/вывода. Каждая станция доступа в оптической транспортной сети (OTN) преобразует сигналы, полученные от пользователей, в соответствующий оптический формат и передает эти сигналы на транспортный узел.

Основные преимущества фотонных сетей

Повышенный интерес к фотонным сетям обусловлен следующими причинами.

1. Для предоставления постоянно расширяющегося спектра широкополосных услуг постоянно увеличивающемуся количеству пользователей и для функционирования интерактивных служб мультимедиа необходимы сверхскоростные линии и системы передачи и сверхскоростное оборудование коммутации. Однако это невозможно осуществить при электронных методах обработки сигнала даже при использовании таких прогрессивных методов передачи сигнала, как СЦИ и ATM, поскольку быстродействие электронных коммутаторов, схем и компонентов подошло к своему пределу, составляющему десятки пикосекунд. Это не позволяет обеспечить передачу требуемых информационных потоков с заданным качеством.

2. Появление NG-оптических технологий, на базе которых могут развиваться системы оптической коммутации, оптические усилители, селективные оптические фильтры, пассивные оптические разветвители, оптическое временное мультиплексирование/демультиплексирование (OTDM), мультиплексирование по длине волны (спектральное разделение), пакетное переключение с многократными пересылками и т.д., позволяет постепенно перейти к полностью оптической обработке сигнала и создать оптические среды с колоссальной пропускной способностью.

Таким образом, фотонные сети позволяют создать гибкие сети с ультравысокой пропускной способностью, имеющие возможность модульно расширяться до очень больших конфигураций, как в плане технических средств, так и программного обеспечения. Кроме того, они высоконадежны и просты в отношении контроля, управления и технического обслуживания, так как часть пропускной способности этих сетей без всякого ущерба для передаваемого трафика может быть использована для системы контроля и управления.

Сегодня разработан целый пакет Рекомендаций МСЭ-Т (G.709, 798, 871-875, 959.1) по архитектуре сети, управлению и характеристикам оборудования OTN (optical transport network), являющийся по существу базой для создания транспортной платформы NGN, во многом основанной на принципах построения ТС СЦИ, но на чисто оптическом уровне. В концепции OTN предусмотрено три уровня иерархии:

· 1-й - 2,5 Гбит/с;

· 2-й - 10 Гбит/с;

· 3-й - 40 Гбит/с.

На рисунке показаны формат оптического канала, сетевые слои OTN и их аналогия сетевым слоям транспортной сети СЦИ.

Дата добавления: 2014-01-11