ÑÎÄÅÐÆÀÍÈÅ Ïðåäèñëîâèå ........................................................................................................... 5 1. Îñíîâíûå ñâåäåíèÿ î ÂÎËÑ .............................................................................. 7 1.1. Îáùèå ïîëîæåíèÿ ..................................................................................................7 1.2. Îñíîâíûå êîìïîíåíòû ÂÎËÑ .................................................................................9 Ëèòåðàòóðà ê ïðåäèñëîâèþ è ãëàâå 1 .........................................................................10
2. Îïòè÷åñêîå âîëîêíî .......................................................................................... 11 2.1. Òèïû îïòè÷åñêèõ âîëîêîí .....................................................................................11 2.2. Ðàñïðîñòðàíåíèå ñâåòà ïî âîëîêíó .....................................................................13 2.3. Õàðàêòåðèñòèêè ïîñòàâëÿåìûõ âîëîêîí ...............................................................28 Ëèòåðàòóðà ê ãëàâå 2...................................................................................................35
3. Ïàññèâíûå îïòè÷åñêèå êîìïîíåíòû ................................................................ 36 3.1. Ðàçúåìíûå ñîåäèíèòåëè ......................................................................................36 3.2. Ñâàðíîå ñîåäèíåíèå âîëîêîí ..............................................................................46 3.3. Îïòè÷åñêèå ðàçâåòâèòåëè ....................................................................................49 3.4. Óñòðîéñòâà âîëíîâîãî óïëîòíåíèÿ WDM ..............................................................53 3.5. Îïòè÷åñêèå èçîëÿòîðû .........................................................................................57 3.6. Äðóãèå ñïåöèàëüíûå ïàññèâíûå êîìïîíåíòû ÂÎËÑ ............................................59 3.7. Îïòè÷åñêèå ðàñïðåäåëèòåëüíûå è êîììóòàöèîííûå óñòðîéñòâà .........................61 Ëèòåðàòóðà ê ãëàâå 3...................................................................................................72
4. Ýëåêòðîííûå êîìïîíåíòû ñèñòåì îïòè÷åñêîé ñâÿçè..................................... 73 4.1. Ïåðåäàþùèå îïòîýëåêòðîííûå ìîäóëè ...............................................................73 4.2. Ïðèåìíûå îïòîýëåêòðîííûå ìîäóëè....................................................................78 4.3. Ïîâòîðèòåëè è îïòè÷åñêèå óñèëèòåëè..................................................................86 4.4. Ðàçíîâèäíîñòè óñèëèòåëåé EDFA .........................................................................92 Ëèòåðàòóðà ê ãëàâå 4...................................................................................................94
5. Ñåòè ïåðåäà÷è äàííûõ ...................................................................................... 96 5.1. Ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå ..........................................................................................96 5.2. Ñåòè ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ è ïàêåòîâ ............................................................. 104 5.3. Ýòàëîííàÿ ìîäåëü OSI........................................................................................ 113 Ëèòåðàòóðà ê ãëàâå 5................................................................................................. 115
6. Ñåòè FDDI.......................................................................................................... 116 6.1. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ .............................................................................................. 117 6.2. Ñîñòàâëÿþùèå ñòàíäàðòà FDDI .......................................................................... 118 6.3. Òèïû óñòðîéñòâ è ïîðòîâ.................................................................................... 120 6.4. Îïòè÷åñêèé îáõîäíîé ïåðåêëþ÷àòåëü ................................................................ 125 6.5. Êàáåëüíàÿ ñèñòåìà è óðîâåíü PMD.................................................................... 129 6.6. Óðîâåíü PHY ....................................................................................................... 133 6.7. Óðîâåíü MAC ...................................................................................................... 140 6.8. Îáçîð óðîâíÿ SMT ............................................................................................. 145 6.9. Ïîñòðîåíèå ñåòåé FDDI ...................................................................................... 147 Ëèòåðàòóðà ê ãëàâå 6................................................................................................. 151
7. Ñåòè Ethernet/Fast Ethernet/Gigabit Ethernet ................................................ 153 7.1. Ñåòè Ethernet...................................................................................................... 154 7.2. Îñíîâíûå òèïû óñòðîéñòâ Ethernet .................................................................... 163 7.3. Ïðîåêòèðîâàíèå ñåòè â ïðåäåëàõ êîëëèçèîííîãî äîìåíà Ethernet.................... 171 7.4. Ñåòè Fast Ethernet .............................................................................................. 175 7.5. Ïðîåêòèðîâàíèå ñåòè â ïðåäåëàõ êîëëèçèîííîãî äîìåíà Fast Ethernet ............ 179 7.6. Äóïëåêñíûé Ethernet .......................................................................................... 182 7.7. Ñåòè Gigabit Ethernet (ñòàíäàðòû IEEE 802.3z è 802.3ab) ................................... 183 7.8. Ìèãðàöèÿ Ethernet ê ìàãèñòðàëüíûì ñåòÿì........................................................ 191 Ëèòåðàòóðà ê ãëàâå 7................................................................................................. 197
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
3
8. Ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèå ñåòè ........................................................................... 199 8.1. Îñíîâíûå îïðåäåëåíèÿ è ýëåìåíòû .................................................................. 199 8.2. Ïëîòíîå âîëíîâîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå........................................................... 200 8.3. Ïðèìåíåíèå îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé EDFA......................................................... 205 8.4. Îïòèìèçàöèÿ WDM/TDM..................................................................................... 212 8.5. Îïòè÷åñêèå êîììóòàòîðû ................................................................................... 214 8.6. Âîëíîâûå êîíâåðòåðû ........................................................................................ 221 8.7. Êëàññèôèêàöèÿ ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèõ ñåòåé .................................................... 222 8.8. AON ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ .............................................................................. 225 8.9. AON ñ êîììóòàöèåé ïàêåòîâ .............................................................................. 231 8.10. Àðõèòåêòóðà AON .............................................................................................. 233 8.11. Ïðîòîòèïû è êîììåð÷åñêèå ðåàëèçàöèè AON .................................................. 235 Ëèòåðàòóðà ê ãëàâå 8................................................................................................. 237
9. Ñåòè àáîíåíòñêîãî äîñòóïà ................................................................................. 239 9.1. Êîíöåïöèè ðàçâèòèÿ àáîíåíòñêèõ ñåòåé ............................................................ 239 9.2. Ñåòè HFC ............................................................................................................244 9.3. Ïëàòôîðìà äîñòóïà Homeworx ........................................................................... 247 9.4. Ìåæñòóäèéíûé òåëåâèçèîííûé îáìåí è ñèñòåìà DV6000 ................................... 254 Ëèòåðàòóðà ê ãëàâå 9................................................................................................. 256
Óêàçàòåëü òåðìèíîâ è îïðåäåëåíèé .................................................................. 258 Ñïèñîê ñîêðàùåíèé ............................................................................................. 262
4
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Ïðåäèñëîâèå Ñîâðåìåííàÿ ýïîõà õàðàêòåðèçóåòñÿ ñòðåìèòåëüíûì ïðîöåññîì èíôîðìàòèçàöèè îáùåñòâà. Ýòî ñèëüíåé âñåãî ïðîÿâëÿåòñÿ â ðîñòå ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòè è ãèáêîñòè èíôîðìàöèîííûõ ñåòåé. Ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ â ðàñ÷åòå íà îäíîãî ïîëüçîâàòåëÿ ñòðåìèòåëüíî óâåëè÷èâàåòñÿ áëàãîäàðÿ íåñêîëüêèì ôàêòîðàì. Âî-ïåðâûõ, ðàñòåò ïîïóëÿðíîñòü ïðèëîæåíèé World Wide Web è êîëè÷åñòâî ýëåêòðîííûõ áàíêîâ èíôîðìàöèè, êîòîðûå ñòàíîâÿòñÿ äîñòîÿíèåì êàæäîãî ÷åëîâåêà. Ïàäåíèå öåí íà ïåðñîíàëüíûå êîìïüþòåðû ïðèâîäèò ê ðîñòó ÷èñëà äîìàøíèõ ÏÊ, êàæäûé èç êîòîðûõ ïîòåíöèàëüíî ïðåâðàùàåòñÿ â óñòðîéñòâî, ñïîñîáíîå ïîäêëþ÷èòüñÿ ê ñåòè Internet. Âî-âòîðûõ, íîâûå ñåòåâûå ïðèëîæåíèÿ ñòàíîâÿòñÿ âñå áîëåå "ïðîæîðëèâûìè" â îòíîøåíèè ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ – âõîäÿò â ïðàêòèêó ðàçíîîáðàçíûå ïðèëîæåíèÿ Internet, îðèåíòèðîâàííûå íà ìóëüòèìåäèà è âèäåîêîíôåðåíöñâÿçü, êîãäà îäíîâðåìåííî îòêðûâàåòñÿ î÷åíü áîëüøîå êîëè÷åñòâî ñåññèé ïåðåäà÷è äàííûõ. Êàê ðåçóëüòàò, íàáëþäàåòñÿ ðåçêèé ðîñò â ïîòðåáëåíèè ðåñóðñîâ Internet – ïî îöåíêàì ñðåäíèé îáúåì ïîòîêà èíôîðìàöèè â ðàñ÷åòå íà îäíîãî ïîëüçîâàòåëÿ â ìèðå óâåëè÷èâàåòñÿ â 8 ðàç êàæäûé ãîä [1]. Ñëåäóåò äîïîëíèòåëüíî îòìåòèòü, ÷òî è ñàìà êîììóíèêàöèîííàÿ èíäóñòðèÿ ÿâëÿåòñÿ ïîñòàâùèêîì ãåòåðîãåííûõ êîììóíèêàöèîííûõ ñëóæá, ñïîñîáñòâóÿ ìèðîâîé èíôîðìàöèîííîé èíòåãðàöèè è âîçðàñòàíèþ íàãðóçêè íà ñåòü. Ïðîòèâîäåéñòâîâàòü ðàñòóùèì îáúåìàì ïåðåäàâàåìîé èíôîðìàöèè íà óðîâíå ñåòåâûõ ìàãèñòðàëåé ìîæíî òîëüêî ïðèâëåêàÿ îïòè÷åñêîå âîëîêíî. È ïîñòàâùèêè ñðåäñòâ ñâÿçè ïðè ïîñòðîåíèè ñîâðåìåííûõ èíôîðìàöèîííûõ ñåòåé èñïîëüçóþò âîëîêîííî-îïòè÷åñêèå êàáåëüíûå ñèñòåìû íàèáîëåå ÷àñòî. Ýòî êàñàåòñÿ êàê ïîñòðîåíèÿ ïðîòÿæåííûõ òåëåêîììóíèêàöèîííûõ ìàãèñòðàëåé, òàê è ëîêàëüíûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ñåòåé. Îïòè÷åñêîå âîëîêíî â íàñòîÿùåå âðåìÿ ñ÷èòàåòñÿ ñàìîé ñîâåðøåííîé ôèçè÷åñêîé ñðåäîé äëÿ ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè, à òàêæå ñàìîé ïåðñïåêòèâíîé ñðåäîé äëÿ ïåðåäà÷è áîëüøèõ ïîòîêîâ èíôîðìàöèè íà çíà÷èòåëüíûå ðàññòîÿíèÿ. Âîëîêîííàÿ îïòèêà, ñòàâ ãëàâíîé ðàáî÷åé ëîøàäêîé ïðîöåññà èíôîðìàòèçàöèè îáùåñòâà, îáåñïå÷èëà ñåáå ãàðàíòèðîâàííîå ðàçâèòèå â íàñòîÿùåì è áóäóùåì. Ñåãîäíÿ âîëîêîííàÿ îïòèêà íàõîäèò ïðèìåíåíèå ïðàêòè÷åñêè âî âñåõ çàäà÷àõ, ñâÿçàííûõ ñ ïåðåäà÷åé èíôîðìàöèè. Ñòàëî äîïóñòèìûì ïîäêëþ÷åíèå ðàáî÷èõ ñòàíöèé ê èíôîðìàöèîííîé ñåòè ñ èñïîëüçîâàíèåì âîëîêîííî-îïòè÷åñêîãî ìèíèêàáåëÿ. Îäíàêî, åñëè íà óðîâíå íàñòîëüíîãî ÏÊ âîëîêîííî-îïòè÷åñêèé èíòåðôåéñ òîëüêî íà÷èíàåò åäèíîáîðñòâî ñ ïðîâîäíûì, òî ïðè ïîñòðîåíèè ìàãèñòðàëüíûõ ñåòåé äàâíî ñòàëî ôàêòîì áåçóñëîâíîå ãîñïîäñòâî îïòè÷åñêîãî âîëîêíà. Êîììåð÷åñêèå àñïåêòû îïòè÷åñêîãî âîëîêíà òàêæå ãîâîðÿò â åãî ïîëüçó – âîëîêíî èçãîòàâëèâàåòñÿ èç êâàðöà, òî åñòü íà îñíîâå ïåñêà, çàïàñû êîòîðîãî î÷åíü âåëèêè. Øèðîêîìàñøòàáíîå èñïîëüçîâàíèå âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ëèíèé ñâÿçè (ÂÎËÑ) íà÷àëîñü ïðèìåðíî 20 ëåò íàçàä, êîãäà ïðîãðåññ â òåõíîëîãèè èçãîòîâëåíèÿ âîëîêíà ïîçâîëèë ñòðîèòü ëèíèè áîëüøîé ïðîòÿæåííîñòè. Ñåé÷àñ îáúåìû èíñòàëëÿöèé ÂÎËÑ çíà÷èòåëüíî âîçðîñëè.  ìåæðåãèîíàëüíîì ìàñøòàáå ñëåäóåò âûäåëèòü ñòðîèòåëüñòâî âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ñåòåé ñèíõðîííîé öèôðîâîé èåðàðõèè (SDH). Ñòðåìèòåëüíî âõîäÿò â íàøó æèçíü âîëîêîííîîïòè÷åñêèå èíòåðôåéñû â ëîêàëüíûõ è ðåãèîíàëüíûõ ñåòÿõ Ethernet, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, ATM. Ñëåäóåò òàêæå ñêàçàòü, ÷òî âîëîêîííî-îïòè÷åñêèé òðàêò, èäóùèé îò öåíòðàëüíîãî îôèñà ê îïòè÷åñêîìó ðàñïðåäåëèòåëüíîìó óçëó, âñå ÷àùå ñòàíîâèòñÿ íåîòúåìëåìûì ýëåìåíòîì ñåòåé àáîíåíòñêîãî äîñòóïà. Àðõèòåêòóðà íàèáîëåå ðàçâèâàåìîé èç ýòèõ ñåòåé ïîëó÷èëà íàçâàíèå ãèáðèäíîé âîëîêîííî-êîàêñèàëüíîé – HFC (Hybrid Fiber Coax).  íàñòîÿùåå âðåìÿ ïî âñåìó ìèðó ïîñòàâùèêè óñëóã ñâÿçè ïðîêëàäûâàþò çà ãîä äåñÿòêè òûñÿ÷ êèëîìåòðîâ âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ êàáåëåé ïîä çåìëåé, ïî äíó îêåàíîâ, ðåê, íà ËÝÏ, â òîííåëÿõ è êîëëåêòîðàõ. Ìíîæåñòâî êîìïàíèé, â òîì ÷èñëå êðóïíåéøèå: IBM, Lucent Technologies, Nortel, Corning, Alcoa Fujikura, Siemens, Pirelli âåäóò èíòåíñèâíûå èññëåäîâàíèÿ â îáëàñòè âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ òåõíîëîãèé. Ê ÷èñëó íàèáîëåå ïðîãðåññèâíûõ ìîæíî îòíåñòè òåõíîëîãèþ ïëîòíîãî âîëíîâîãî ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), ïîçâîëÿþùóþ çíà÷èòåëüíî óâåëè÷èòü ïðîïóñêíóþ ñïîñîáíîñòü ñóùåñòâóþùèõ âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ìàãèñòðàëåé, è êðóïíîìàñøòàáíûå èíñòàëëÿöèè âîëîêíà ñ íåíóëåâîé ñìåùåííîé äèñïåðñèåé TrueWave (Lucent Technologies), à òàêæå SMF-LS è LEAF (Corning), ñïåöèàëüíî ïðåäíàçíà÷åííîãî äëÿ ïåðåäà÷è DWDM ñèãíàëà. Òåðàáèòíûé áàðüåð ïåðåäà÷è äàííûõ ïî îäíîìó âîëîêíó áûë ïðåîäîëåí â 1996 ãîäó, êîãäà êîìïàíèè AT&T, Fujitsu è NTT óñïåøíî ïðîäåìîíñòðèðîâàëè ðåêîðäíóþ ïðîïóñêíóþ ñïîñîáíîñòü, ìóëüòèïëåêñèðîâàâ â îäíî âîëîêíî 55 DWDM êàíàëîâ, ïðè ñêîðîñòè ïåðåäà÷è íà êàíàë 20 Ãáèò/ñ, ÷òî îáåñïå÷èëî ñóììàðíóþ ñêîðîñòü 1,1 Òáèò/c [2].
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
5
Íàñòîÿùåå èçäàíèå ñòàâèò ñâîåé öåëüþ ïîêàçàòü ñïåêòð ñîâðåìåííîãî îáîðóäîâàíèÿ â îáëàñòè âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ëèíèé ñâÿçè, òåõíîëîãè÷åñêèå îñîáåííîñòè ïëàíèðîâàíèÿ, ïîñòðîåíèÿ è ýêñïëóàòàöèè îïòè÷åñêèõ ñåòåé. Ìàòåðèàë ïîìîæåò ïîòðåáèòåëþ ðàçîáðàòüñÿ â ñóùåñòâóþùèõ ñòàíäàðòàõ îïòè÷åñêèõ ñåòåé, ïðàâèëüíî ñîðèåíòèðîâàòüñÿ â âûáîðå òåõíè÷åñêèõ ñðåäñòâ äëÿ ïîñòðîåíèÿ è ýêñïëóàòàöèè ñåòè. Áîëüøîå êîëè÷åñòâî ññûëîê íà ñàéòû â ñåòè Internet ïîìîãóò ÷èòàòåëþ ëåãêî ïîëó÷èòü äîïîëíèòåëüíûé ìàòåðèàë ïî íóæíîé òåìå. Ïðè íàïèñàíèè êíèãè èñïîëüçîâàëèñü ìàòåðèàëû, ëþáåçíî ïðåäîñòàâëåííûå êîìïàíèÿìè: ADC Telecommunication, Corning, DiCon Fiberoptics, Ericsson, FOCAS, FOCI, Lucent Technologies, Molex, NBase Communication, Packet Engines, Scientific Atlanta, Seiko Instruments (Optical Fiber Componets Devision), SVEC. Àâòîð áëàãîäàðèò ñîòðóäíèêîâ ôèðìû Âèìêîì-Îïòèê À.À. Ñïèðèíà è Â.À. Ñïèðèíà, à òàêæå Í.Â. Ãóùó çà ïîìîùü, îêàçàííóþ â ïðîöåññå íàïèñàíèÿ êíèãè. Ïîëåçíûìè áûëè êîíñóëüòàöèè ñ ïðåäñòàâèòåëåì ôèðìû Corning Ñ.Ã. Àêîïîâûì, êîòîðîìó àâòîð âåñüìà ïðèçíàòåëåí. Îñîáàÿ áëàãîäàðíîñòü æåíå Ìàðèíå çà ïîìîùü ïðè íàáîðå ðóêîïèñè è ïîääåðæêó.
6
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
1. Îñíîâíûå ñâåäåíèÿ î ÂÎËÑ 1.1. Îáùèå ïîëîæåíèÿ Âîëîêîííî-îïòè÷åñêàÿ ëèíèÿ ñâÿçè (ÂÎËÑ) – ýòî âèä ñèñòåìû ïåðåäà÷è, ïðè êîòîðîì èíôîðìàöèÿ ïåðåäàåòñÿ ïî îïòè÷åñêèì äèýëåêòðè÷åñêèì âîëíîâîäàì, èçâåñòíûì ïîä íàçâàíèåì "îïòè÷åñêîå âîëîêíî". Âîëîêîííî-îïòè÷åñêàÿ ñåòü – ýòî èíôîðìàöèîííàÿ ñåòü, ñâÿçóþùèìè ýëåìåíòàìè ìåæäó óçëàìè êîòîðîé ÿâëÿþòñÿ âîëîêîííî-îïòè÷åñêèå ëèíèè ñâÿçè. Òåõíîëîãèè âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ñåòåé ïîìèìî âîïðîñîâ âîëîêîííîé îïòèêè îõâàòûâàþò òàêæå âîïðîñû, êàñàþùèåñÿ ýëåêòðîííîãî ïåðåäàþùåãî îáîðóäîâàíèÿ, åãî ñòàíäàðòèçàöèè, ïðîòîêîëîâ ïåðåäà÷è, âîïðîñû òîïîëîãèè ñåòè è îáùèå âîïðîñû ïîñòðîåíèÿ ñåòåé. Ïåðåäà÷à èíôîðìàöèè ïî ÂÎËÑ èìååò öåëûé ðÿä äîñòîèíñòâ ïåðåä ïåðåäà÷åé ïî ìåäíîìó êàáåëþ. Ñòðåìèòåëüíîå âíåäðåíèå â èíôîðìàöèîííûå ñåòè îïòè÷åñêèõ ëèíèé ñâÿçè ÿâëÿåòñÿ ñëåäñòâèåì ïðåèìóùåñòâ, âûòåêàþùèõ èç îñîáåííîñòåé ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñèãíàëà â îïòè÷åñêîì âîëîêíå.
Ïðåèìóùåñòâà ÂÎËÑ Øèðîêàÿ ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ – îáóñëîâëåíà ÷ðåçâû÷àéíî âûñîêîé ÷àñòîòîé íåñóùåé 1014 Ãö [3]. Ýòî äàåò ïîòåíöèàëüíóþ âîçìîæíîñòü ïåðåäà÷è ïî îäíîìó îïòè÷åñêîìó âîëîêíó ïîòîêà èíôîðìàöèè â íåñêîëüêî òåðàáèò â ñåêóíäó. Áîëüøàÿ ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ – ýòî îäíî èç íàèáîëåå âàæíûõ ïðåèìóùåñòâ îïòè÷åñêîãî âîëîêíà íàä ìåäíîé èëè ëþáîé äðóãîé ñðåäîé ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè. Ìàëîå çàòóõàíèå ñâåòîâîãî ñèãíàëà â âîëîêíå. Âûïóñêàåìîå â íàñòîÿùåå âðåìÿ îòå÷åñòâåííûìè è çàðóáåæíûìè ïðîèçâîäèòåëÿìè ïðîìûøëåííîå îïòè÷åñêîå âîëîêíî èìååò çàòóõàíèå 0,2-0,3 äÁ íà äëèíå âîëíû 1,55 ìêì â ðàñ÷åòå íà îäèí êèëîìåòð. Ìàëîå çàòóõàíèå è íåáîëüøàÿ äèñïåðñèÿ ïîçâîëÿþò ñòðîèòü ó÷àñòêè ëèíèé áåç ðåòðàíñëÿöèè ïðîòÿæåííîñòüþ äî 100 êì è áîëåå [4]. Íèçêèé óðîâåíü øóìîâ â âîëîêîííî-îïòè÷åñêîì êàáåëå ïîçâîëÿåò óâåëè÷èòü ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ, ïóòåì ïåðåäà÷è ðàçëè÷íîé ìîäóëÿöèè ñèãíàëîâ ñ ìàëîé èçáûòî÷íîñòüþ êîäà. Âûñîêàÿ ïîìåõîçàùèùåííîñòü. Ïîñêîëüêó âîëîêíî èçãîòîâëåíî èç äèýëåêòðè÷åñêîãî ìàòåðèàëà, îíî íåâîñïðèèì÷èâî ê ýëåêòðîìàãíèòíûì ïîìåõàì ñî ñòîðîíû îêðóæàþùèõ ìåäíûõ êàáåëüíûõ ñèñòåì è ýëåêòðè÷åñêîãî îáîðóäîâàíèÿ, ñïîñîáíîãî èíäóöèðîâàòü ýëåêòðîìàãíèòíîå èçëó÷åíèå (ëèíèè ýëåêòðîïåðåäà÷è, ýëåêòðîäâèãàòåëüíûå óñòàíîâêè è ò.ä.).  ìíîãîâîëîêîííûõ êàáåëÿõ òàêæå íå âîçíèêàåò ïðîáëåìû ïåðåêðåñòíîãî âëèÿíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíîãî èçëó÷åíèÿ, ïðèñóùåé ìíîãîïàðíûì ìåäíûì êàáåëÿì. Ìàëûé âåñ è îáúåì. Âîëîêîííî-îïòè÷åñêèå êàáåëè (ÂÎÊ) èìåþò ìåíüøèé âåñ è îáúåì ïî ñðàâíåíèþ ñ ìåäíûìè êàáåëÿìè â ðàñ÷åòå íà îäíó è òó æå ïðîïóñêíóþ ñïîñîáíîñòü. Íàïðèìåð, 900-ïàðíûé òåëåôîííûé êàáåëü äèàìåòðîì 7,5 ñì, ìîæåò áûòü çàìåíåí îäíèì âîëîêíîì ñ äèàìåòðîì 0,1 ñì. Åñëè âîëîêíî "îäåòü" â ìíîæåñòâî çàùèòíûõ îáîëî÷åê è ïîêðûòü ñòàëüíîé ëåíòî÷íîé áðîíåé, äèàìåòð òàêîãî ÂÎÊ áóäåò 1,5 ñì, ÷òî â íåñêîëüêî ðàç ìåíüøå ðàññìàòðèâàåìîãî òåëåôîííîãî êàáåëÿ [5, 6] Âûñîêàÿ çàùèùåííîñòü îò íåñàíêöèîíèðîâàííîãî äîñòóïà. Ïîñêîëüêó ÂÎÊ ïðàêòè÷åñêè íå èçëó÷àåò â ðàäèîäèàïàçîíå, òî ïåðåäàâàåìóþ ïî íåìó èíôîðìàöèþ òðóäíî ïîäñëóøàòü, íå íàðóøàÿ ïðèåìà-ïåðåäà÷è. Ñèñòåìû ìîíèòîðèíãà (íåïðåðûâíîãî êîíòðîëÿ) öåëîñòíîñòè îïòè÷åñêîé ëèíèè ñâÿçè, èñïîëüçóÿ ñâîéñòâà âûñîêîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè âîëîêíà, ìîãóò ìãíîâåííî îòêëþ÷èòü "âçëàìûâàåìûé" êàíàë ñâÿçè è ïîäàòü ñèãíàë òðåâîãè. Ñåíñîðíûå ñèñòåìû, èñïîëüçóþùèå èíòåðôåðåíöèîííûå ýôôåêòû ðàñïðîñòðàíÿåìûõ ñâåòîâûõ ñèãíàëîâ (êàê ïî ðàçíûì âîëîêíàì, òàê è ðàçíîé ïîëÿðèçàöèè) èìåþò î÷åíü âûñîêóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ê êîëåáàíèÿì, ê íåáîëüøèì ïåðåïàäàì äàâëåíèÿ [7]. Òàêèå ñèñòåìû îñîáåííî íåîáõîäèìû ïðè ñîçäàíèè ëèíèé ñâÿçè â ïðàâèòåëüñòâåííûõ, áàíêîâñêèõ è íåêîòîðûõ äðóãèõ ñïåöèàëüíûõ ñëóæáàõ, ïðåäúÿâëÿþùèõ ïîâûøåííûå òðåáîâàíèÿ ê çàùèòå äàííûõ. Ðàññìîòðåíèå âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ñåíñîðíûõ ñèñòåì âûõîäèò çà ðàìêè ìàòåðèàëà äàííîé êíèãè. Ãàëüâàíè÷åñêàÿ ðàçâÿçêà ýëåìåíòîâ ñåòè. Äàííîå ïðåèìóùåñòâî îïòè÷åñêîãî âîëîêíà çàêëþ÷àåòñÿ â åãî èçîëèðóþùåì ñâîéñòâå. Âîëîêíî ïîìîãàåò èçáåæàòü ýëåêòðè÷åñêèõ "çåìåëüíûõ" ïåòåëü, êîòîðûå ìîãóò âîçíèêàòü, êîãäà äâà ñåòåâûõ óñòðîéñòâà íåèçîëèðîâàííîé âû÷èñëèòåëüíîé ñåòè, ñâÿçàííûå ìåäíûì êàáåëåì, èìåþò çàçåìëåíèÿ â ðàçíûõ òî÷êàõ çäà-
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
7
íèÿ, íàïðèìåð íà ðàçíûõ ýòàæàõ. Ïðè ýòîì ìîæåò âîçíèêíóòü áîëüøàÿ ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ, ÷òî ñïîñîáíî ïîâðåäèòü ñåòåâîå îáîðóäîâàíèå. Äëÿ âîëîêíà ýòîé ïðîáëåìû ïðîñòî íåò. Âçðûâî- è ïîæàðîáåçîïàñíîñòü. Èç-çà îòñóòñòâèÿ èñêðîîáðàçîâàíèÿ îïòè÷åñêîå âîëîêíî ïîâûøàåò áåçîïàñíîñòü ñåòè íà õèìè÷åñêèõ, íåôòåïåðåðàáàòûâàþùèõ ïðåäïðèÿòèÿõ, ïðè îáñëóæèâàíèè òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ ïîâûøåííîãî ðèñêà. Ýêîíîìè÷íîñòü ÂÎÊ. Âîëîêíî èçãîòîâëåíî èç êâàðöà, îñíîâó êîòîðîãî ñîñòàâëÿåò äâóîêèñü êðåìíèÿ, øèðîêî ðàñïðîñòðàíåííîãî, à ïîòîìó íåäîðîãîãî ìàòåðèàëà, â îòëè÷èè îò ìåäè.  íàñòîÿùåå âðåìÿ ñòîèìîñòü âîëîêíà ïî îòíîøåíèþ ê ìåäíîé ïàðå ñîîòíîñèòñÿ êàê 2:5. Ïðè ýòîì ÂÎÊ ïîçâîëÿåò ïåðåäàâàòü ñèãíàëû íà çíà÷èòåëüíî áîëüøèå ðàññòîÿíèÿ áåç ðåòðàíñëÿöèè. Êîëè÷åñòâî ïîâòîðèòåëåé íà ïðîòÿæåííûõ ëèíèÿõ ñîêðàùàåòñÿ ïðè èñïîëüçîâàíèè ÂÎÊ. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ñîëèòîííûõ ñèñòåì ïåðåäà÷è äîñòèãíóòû äàëüíîñòè â 4000 êì áåç ðåãåíåðàöèè (òî åñòü òîëüêî ñ èñïîëüçîâàíèåì îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé íà ïðîìåæóòî÷íûõ óçëàõ) ïðè ñêîðîñòè ïåðåäà÷è âûøå 10 Ãáèò/ñ [8]. Äëèòåëüíûé ñðîê ýêñïëóàòàöèè. Ñî âðåìåíåì âîëîêíî èñïûòûâàåò äåãðàäàöèþ. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî çàòóõàíèå â ïðîëîæåííîì êàáåëå ïîñòåïåííî âîçðàñòàåò. Îäíàêî, áëàãîäàðÿ ñîâåðøåíñòâó ñîâðåìåííûõ òåõíîëîãèé ïðîèçâîäñòâà îïòè÷åñêèõ âîëîêîí, ýòîò ïðîöåññ çíà÷èòåëüíî çàìåäëåí, è ñðîê ñëóæáû ÂÎÊ ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 25 ëåò. Çà ýòî âðåìÿ ìîæåò ñìåíèòüñÿ íåñêîëüêî ïîêîëåíèé/ñòàíäàðòîâ ïðèåìî-ïåðåäàþùèõ ñèñòåì. Óäàëåííîå ýëåêòðîïèòàíèå.  íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ òðåáóåòñÿ óäàëåííîå ýëåêòðîïèòàíèå óçëà èíôîðìàöèîííîé ñåòè. Îïòè÷åñêîå âîëîêíî íå ñïîñîáíî âûïîëíÿòü ôóíêöèè ñèëîâîãî êàáåëÿ. Îäíàêî, â ýòèõ ñëó÷àÿõ ìîæíî èñïîëüçîâàòü ñìåøàííûé êàáåëü, êîãäà íàðÿäó ñ îïòè÷åñêèìè âîëîêíàìè êàáåëü îñíàùàåòñÿ ìåäíûì ïðîâîäÿùèì ýëåìåíòîì. Òàêîé êàáåëü øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ êàê â Ðîññèè, òàê è çà ðóáåæîì. Íåñìîòðÿ íà ìíîãî÷èñëåííûå ïðåèìóùåñòâà ïåðåä äðóãèìè ñïîñîáàìè ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè, âîëîêîííî-îïòè÷åñêèå ñèñòåìû èìåþò òàêæå è íåäîñòàòêè, ãëàâíûì îáðàçîì èç-çà äîðîãîâèçíû ïðåöèçèîííîãî ìîíòàæíîãî îáîðóäîâàíèÿ è íàäåæíîñòè ëàçåðíûõ èñòî÷íèêîâ èçëó÷åíèÿ. Ìíîãèå èç íåäîñòàòêîâ âåðîÿòíåå âñåãî áóäóò íèâåëèðîâàíû ñ ïðèõîäîì íîâûõ êîíêóðåíòîñïîñîáíûõ òåõíîëîãèé â âîëîêîííî-îïòè÷åñêèå ñåòè.
Íåäîñòàòêè ÂÎËÑ Ñòîèìîñòü èíòåðôåéñíîãî îáîðóäîâàíèÿ. Ýëåêòðè÷åñêèå ñèãíàëû äîëæíû ïðåîáðàçîâûâàòüñÿ â îïòè÷åñêèå è íàîáîðîò. Öåíà íà îïòè÷åñêèå ïåðåäàò÷èêè è ïðèåìíèêè îñòàåòñÿ ïîêà åùå äîâîëüíî âûñîêîé. Ïðè ñîçäàíèè îïòè÷åñêîé ëèíèè ñâÿçè òàêæå òðåáóþòñÿ âûñîêîíàäåæíîå ñïåöèàëèçèðîâàííîå ïàññèâíîå êîììóòàöèîííîå îáîðóäîâàíèå, îïòè÷åñêèå ñîåäèíèòåëè ñ ìàëûìè ïîòåðÿìè è áîëüøèì ðåñóðñîì íà ïîäêëþ÷åíèå-îòêëþ÷åíèå, îïòè÷åñêèå ðàçâåòâèòåëè, àòòåíþàòîðû. Ìîíòàæ è îáñëóæèâàíèå îïòè÷åñêèõ ëèíèé. Ñòîèìîñòü ðàáîò ïî ìîíòàæó, òåñòèðîâàíèþ è ïîääåðæêå âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ëèíèé ñâÿçè òàêæå îñòàåòñÿ âûñîêîé. Åñëè æå ïîâðåæäàåòñÿ ÂÎÊ, òî íåîáõîäèìî îñóùåñòâëÿòü ñâàðêó âîëîêîí â ìåñòå ðàçðûâà è çàùèùàòü ýòîò ó÷àñòîê êàáåëÿ îò âîçäåéñòâèÿ âíåøíåé ñðåäû. Ïðîèçâîäèòåëè òåì âðåìåíåì ïîñòàâëÿþò íà ðûíîê âñå áîëåå ñîâåðøåííûå èíñòðóìåíòû äëÿ ìîíòàæíûõ ðàáîò ñ ÂÎÊ, ñíèæàÿ öåíó íà íèõ. Òðåáîâàíèå ñïåöèàëüíîé çàùèòû âîëîêíà. Ïðî÷íî ëè îïòè÷åñêîå âîëîêíî? Òåîðåòè÷åñêè äà. Ñòåêëî, êàê ìàòåðèàë, âûäåðæèâàåò êîëîññàëüíûå íàãðóçêè ñ ïðåäåëîì ïðî÷íîñòè íà ðàçðûâ âûøå 1ÃÏà (109 Í/ì2) [9]. Ýòî, êàçàëîñü áû, îçíà÷àåò, ÷òî âîëîêíî â åäèíè÷íîì êîëè÷åñòâå ñ äèàìåòðîì 125 ìêì âûäåðæèò âåñ ãèðè â 1 êã. Ê ñîæàëåíèþ, íà ïðàêòèêå ýòî íå äîñòèãàåòñÿ. Ïðè÷èíà â òîì, ÷òî îïòè÷åñêîå âîëîêíî, êàêèì áû ñîâåðøåííûì îíî íå áûëî, èìååò ìèêðîòðåùèíû, êîòîðûå èíèöèèðóþò ðàçðûâ. Äëÿ ïîâûøåíèÿ íàäåæíîñòè îïòè÷åñêîå âîëîêíî ïðè èçãîòîâëåíèè ïîêðûâàåòñÿ ñïåöèàëüíûì ëàêîì íà îñíîâå ýïîêñèàêðèëàòà, à ñàì îïòè÷åñêèé êàáåëü óïðî÷íÿåòñÿ, íàïðèìåð íèòÿìè íà îñíîâå êåâëàðà (kevlar1). Åñëè òðåáóåòñÿ óäîâëåòâîðèòü åùå áîëåå æåñòêèì óñëîâèÿì íà ðàçðûâ, êàáåëü ìîæåò óïðî÷íÿòüñÿ ñïåöèàëüíûì ñòàëüíûì òðîñîì èëè ñòåêëîïëàñòèêîâûìè ñòåðæíÿìè. Íî âñå ýòî âëå÷åò óâåëè÷åíèå ñòîèìîñòè îïòè÷åñêîãî êàáåëÿ.
1
Kevlar – çàðåãèñòðèðîâàííàÿ òîðãîâàÿ ìàðêà ìàòåðèàëà êîðïîðàöèè E.I. du Pont de Nemours. Kevlar – íåìåòàëëè÷åñêèé ìàòåðèàë, âûäåðæèâàþùèé áîëüøèå íàãðóçêè íà ðàñòÿæåíèå.
8
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Ïðåèìóùåñòâà îò ïðèìåíåíèÿ âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ëèíèé ñâÿçè íàñòîëüêî çíà÷èòåëüíû, ÷òî íåñìîòðÿ íà ïåðå÷èñëåííûå íåäîñòàòêè îïòè÷åñêîãî âîëîêíà, äàëüíåéøèå ïåðñïåêòèâû ðàçâèòèÿ òåõíîëîãèè ÂÎËÑ â èíôîðìàöèîííûõ ñåòÿõ áîëåå ÷åì î÷åâèäíû.
Òèïîâàÿ ñõåìà ñèñòåìû âîëîêîííî-îïòè÷åñêîé ñâÿçè Òèïîâàÿ ñõåìà ñèñòåìû ñâÿçè, èñïîëüçóþùåé ÂÎËÑ, ïîêàçàíà íà ðèñ. 1.1. Àíàëîãîâûé ñèãíàë, ãåíåðèðóåìûé îêîíå÷íûì îáîðóäîâàíèåì äàííûõ (ÎÎÄ), íàïðèìåð, òåëåôîíîì, òåðìèíàëîì, âèäåîêàìåðîé è ò.ä., ïðèõîäèò íà óçåë êîììóòàöèè, ãäå àíàëîãî-öèôðîâîé ïðåîáðàçîâàòåëü (êîäåð) îöèôðîâûâàåò åãî â áèòîâûé ïîòîê. Áèòîâûé ïîòîê èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ìîäóëÿöèè îïòè÷åñêîãî ïåðåäàò÷èêà, êîòîðûé ïåðåäàåò ñåðèþ îïòè÷åñêèõ èìïóëüñîâ â îïòè÷åñêîå âîëîêíî. Íà ïðèåìíîé ñòîðîíå èìïóëüñû ñâåòà ïðåîáðàçóþòñÿ îáðàòíî â ýëåêòðè÷åñêèé ñèãíàë ïðè ïîìîùè îïòè÷åñêîãî ïðèåìíèêà. Äåêîäåðíàÿ ÷àñòü êîììóíèêàöèîííîé ñèñòåìû ïðåîáðàçóåò áèíàðíûé ýëåêòðè÷åñêèé ïîòîê îáðàòíî â àíàëîãîâûé ñèãíàë ÎÎÄ. Îáû÷íî êîäåðû è äåêîäåðû, à òàê æå îïòè÷åñêèå ïðèåìíèêè è ïåðåäàò÷èêè ñîâìåùàþòñÿ â îäíîì óñòðîéñòâå, òàê ÷òî îáðàçóåòñÿ äâóíàïðàâëåííûé êàíàë ñâÿçè.
Ðèñ. 1.1. Òèïîâàÿ ñõåìà ñèñòåìû ñâÿçè ñ èñïîëüçîâàíèåì ÂÎËÑ "òî÷êà-òî÷êà"
1.2. Îñíîâíûå êîìïîíåíòû ÂÎËÑ Îïòè÷åñêèé ïåðåäàò÷èê îáåñïå÷èâàåò ïðåîáðàçîâàíèå âõîäíîãî ýëåêòðè÷åñêîãî (öèôðîâîãî èëè àíàëîãîâîãî) ñèãíàëà â âûõîäíîé ñâåòîâîé (öèôðîâîé èëè àíàëîãîâûé) ñèãíàë. Ïðè öèôðîâîé ïåðåäà÷å îïòè÷åñêèé èçëó÷àòåëü ïåðåäàò÷èêà "âêëþ÷àåòñÿ" è "âûêëþ÷àåòñÿ" â ñîîòâåòñòâèè ñ ïîñòóïàþùèì íà íåãî áèòîâûì ïîòîêîì ýëåêòðè÷åñêîãî ñèãíàëà. Äëÿ ýòèõ öåëåé èñïîëüçóþòñÿ èíôðàêðàñíûå ñâåòîèçëó÷àþùèå äèîäû LED èëè ëàçåðíûå äèîäû ILD. Ýòè óñòðîéñòâà ñïîñîáíû ïîääåðæèâàòü ìîäóëÿöèþ èçëó÷àåìîãî ñâåòà ñ ìåãàãåðöîâûìè è äàæå ãèãàãåðöîâûìè ÷àñòîòàìè. Ïðè ïîñòðîåíèè ñåòåé êàáåëüíîãî òåëåâèäåíèÿ îïòè÷åñêèé ïåðåäàò÷èê îñóùåñòâëÿåò ïðåîáðàçîâàíèå øèðîêîïîëîñíîãî àíàëîãîâîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ñèãíàëà â àíàëîãîâûé îïòè÷åñêèé.  ïîñëåäíåì ñëó÷àå îïòè÷åñêèé ïåðåäàò÷èê äîëæåí èìåòü âûñîêóþ ëèíåéíîñòü. Îïòè÷åñêèé ïðèåìíèê îñóùåñòâëÿåò îáðàòíîå ïðåîáðàçîâàíèå âõîäíûõ îïòè÷åñêèõ èìïóëüñîâ â âûõîäíûå èìïóëüñû ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà.  êà÷åñòâå îñíîâíîãî ýëåìåíòà îïòè÷åñêîãî ïðèåìíèêà èñïîëüçóþòñÿ p-i-n è ëàâèííûå ôîòîäèîäû, èìåþùèå î÷åíü ìàëóþ èíåðöèîííîñòü. Åñëè ïðèåìíàÿ è ïåðåäàþùàÿ ñòàíöèè óäàëåíû íà áîëüøîå ðàññòîÿíèå äðóã îò äðóãà, íàïðèìåð íà íåñêîëüêî ñîò êèëîìåòðîâ, òî ìîæåò äîïîëíèòåëüíî ïîòðåáîâàòüñÿ îäíî èëè íåñêîëüêî ïðîìåæóòî÷íûõ ðåãåíåðàöèîííûõ óñòðîéñòâ äëÿ óñèëåíèÿ îñëàáåâàþùåãî â ïðîöåññå ðàñïðîñòðàíåíèÿ îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà, à òàêæå äëÿ âîññòàíîâëåíèÿ ôðîíòîâ èìïóëüñîâ.  êà÷åñòâå òàêèõ óñòðîéñòâ èñïîëüçóþòñÿ ïîâòîðèòåëè è îïòè÷åñêèå óñèëèòåëè. Ïîâòîðèòåëü ñîñòîèò èç îïòè÷åñêîãî ïðèåìíèêà, ýëåêòðè÷åñêîãî óñèëèòåëÿ è îïòè÷åñêîãî ïåðåäàò÷èêà. Ïðè ïåðåäà÷å äèñêðåòíîãî ñèãíàëà ýëåêòðè÷åñêîå óñèëåíèå, êàê ïðàâèëî, òàêæå ìîæåò ñîïðîâîæäàòüñÿ âîññòàíîâëåíèåì ôðîíòîâ è äëèòåëüíîñòåé ïåðåäàâàåìûõ èìïóëüñîâ. Äëÿ ýòîãî ïîâòîðèòåëü ïðèíèìàåò îïòè÷åñêèé ñèãíàëà â ñèíõðîííîì èëè àñèíõðîííîì ðåæèìå, â çàâèñèìîñòè îò ñòàíäàðòà ïåðåäà÷è. Ïðè ñèíõðîííîì ðåæèìå ïðèåìíîå óñòðîéñòâî ïîâòîðèòåëÿ ðåãóëÿðíî ïðèíèìàåò ñèíõðîèìïóëüñû, íà îñíîâàíèè êîòîðûõ íàñòðàèâàåò ñâîé òàéìåð, çàäàþùèé ÷àñòîòó äëÿ ïîñëåäóþùåé ïåðåäà÷è. Ñóùåñòâóåò íåïðåðûâíûé áèòîâûé ïîòîê â ëèíèè. È äàæå åñëè íåò ïåðåäà÷è äàííûõ, ñèíõðîèìïóëüñû ïðîäîëæàþò ïîñòóïàòü.  ïåðåäàþùóþ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ïîÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
9
âòîðèòåëü äîáàâëÿåò ñèíõðîèìïóëüñû, ïðåäíàçíà÷åííûå äëÿ ñèíõðîíèçàöèè ñëåäóþùåãî êàñêàäà. Ïðè àñèíõðîííîì ðåæèìå ïåðåäàâàåìàÿ èíôîðìàöèÿ îðãàíèçóåòñÿ â ñïåöèàëüíûå ïàêåòû äàííûõ – êàäðû. Êàæäîìó ïàêåòó ïðåäøåñòâóåò ïîñëåäîâàòåëüíîñòü îäíîòèïíûõ ãðóïï áèòîâ – ïðåàìáóëà. Èìåííî ïðåàìáóëà îáåñïå÷èâàåò ñèíõðîíèçàöèþ ïðèåìíîãî óñòðîéñòâà, êîòîðîå äî íà÷àëà ïðèåìà íàõîäèòñÿ â æäóùåì ðåæèìå. Ïîâòîðèòåëü, êîòîðûé âîññòàíàâëèâàåò ôîðìó îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà äî ïåðâîíà÷àëüíîé, íàçûâàåòñÿ ðåãåíåðàòîðîì. Îïòè÷åñêèé óñèëèòåëü íå îñóùåñòâëÿåò îïòîýëåêòðîííîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ, êàê ýòî äåëàåò ïîâòîðèòåëü èëè ðåãåíåðàòîð. Îí, èñïîëüçóÿ ñïåöèàëüíûå àêòèâíûå ñðåäû è ëàçåðû íàêà÷êè, íåïîñðåäñòâåííî óñèëèâàåò ïðîõîäÿùèé îïòè÷åñêèé ñèãíàë, áëàãîäàðÿ èíäóöèðîâàííîìó èçëó÷åíèþ. Òàêèì îáðàçîì, óñèëèòåëü íå íàäåëåí ôóíêöèÿìè âîññòàíîâëåíèÿ ñêâàæíîñòè, â ÷åì óñòóïàåò ïîâòîðèòåëþ. Îäíàêî, åñòü äâå îñíîâíûå ïðè÷èíû, êîòîðûå äåëàþò ïðèìåíåíèå óñèëèòåëÿ áîëåå ïðåäïî÷òèòåëüíûì. 1. Ñëåäóåò èìåòü â âèäó, ÷òî êà÷åñòâî ñèãíàëîâ, ïåðåäàâàåìûõ ïî îïòè÷åñêîìó âîëîêíó, äàæå åñëè ñåãìåíò ïðîòÿæåííûé, îñòàåòñÿ î÷åíü âûñîêèì âñëåäñòâèå ìàëîé äèñïåðñèè è çàòóõàíèÿ. Òàêæå íå âåëèê óðîâåíü âíîñèìûõ øóìîâ èç-çà ïîäâåðæåííîñòè âîëîêíà âëèÿíèþ ýëåêòðîìàãíèòíîãî èçëó÷åíèÿ. Ïîýòîìó ðåòðàíñëÿöèÿ ïåðåäàâàåìûõ äàííûõ ïðîñòûì óñèëåíèåì áåç ïîëíîé ðåãåíåðàöèè ñòàíîâèòñÿ âåñüìà ýôôåêòèâíîé. 2. Îïòè÷åñêèé óñèëèòåëü ÿâëÿåòñÿ áîëåå óíèâåðñàëüíûì óñòðîéñòâîì, ïîñêîëüêó â îòëè÷èè îò ðåãåíåðàòîðà îí íå ïðèâÿçàí ê ñòàíäàðòó ïåðåäàþùåãîñÿ ñèãíàëà èëè îïðåäåëåííîé ÷àñòîòå ìîäóëÿöèè. Íà ïðàêòèêå íà îäèí ðåãåíåðàòîð ìîæåò ïðèõîäèòüñÿ íåñêîëüêî ïîñëåäîâàòåëüíî ðàñïîëîæåííûõ îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé (äî 4-8). Òàêèì îáðàçîì, ýôôåêòèâíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé ïðè ïîñòðîåíèè âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ìàãèñòðàëåé áîëüøîé ïðîòÿæåííîñòè î÷åíü âûñîêà. Âîëîêîííî-îïòè÷åñêèé êàáåëü (ÂÎÊ). Õàðàêòåðíàÿ ñòðîèòåëüíàÿ äëèíà îïòè÷åñêîãî êàáåëÿ (äëèíà íåïðåðûâíîãî ó÷àñòêà êàáåëÿ, ïîñòàâëÿåìîãî íà îäíîì áàðàáàíå) âàðüèðóåòñÿ â çàâèñèìîñòè îò ïðîèçâîäèòåëÿ è òèïà êàáåëÿ â ïðåäåëàõ 2-10 êì. Íà ïðîòÿæåííûõ ó÷àñòêàõ ìåæäó ïîâòîðèòåëÿìè (ðåïèòåðàìè) ìîãóò ïîìåùàòüñÿ äåñÿòêè ñòðîèòåëüíûõ äëèí êàáåëåé.  ýòîì ñëó÷àå ïðîèçâîäèòñÿ ñïåöèàëüíîå ñðàùèâàíèå (êàê ïðàâèëî, ñâàðêà) îïòè÷åñêèõ âîëîêîí. Íà êàæäîì òàêîì ó÷àñòêå êîíöû ÂÎÊ çàùèùàþòñÿ ñïåöèàëüíîé ãåðìåòè÷íîé ïðîõîäíîé ìóôòîé.
Ëèòåðàòóðà ê ïðåäèñëîâèþ è ãëàâå 1 1. P. E. Green. "Optical Networking Update", IEEE Journal of Selected Areas in Communications, vol. 14, no. 5, June 1996, pp. 764–779 2. A. W. Pollack. "Speed Record: One Trillion Bits a Second", D2 The New York Times, March, 1-st, 1996 3. Âîëîêîííî-îïòè÷åñêèå ñèñòåìû ñâÿçè íà ÃÒÑ: Ñïðàâî÷íèê / Á.Ç. Áåðëèí, À.Ñ. Áðèñêåð, Â. Ñ. Èâàíîâ – Ì.: Ðàäèî è ñâÿçü, 1994. – 160 c. 4. M. Mariani. Âîëîêîííî-îïòè÷åñêèå óñèëèòåëè. Ïðîãíîç íà 2000-å ãîäû, ñ. 76-80. – Ëàçåðíàÿ òåõíèêà è îïòîýëåêòðîíèêà. Âûïóñê 1-2, Ì.: ÖÍÈÈ "Ýëåêòðîíèêà", 1994. – 112 ñ. 5. È. Ñ. Ãîëüäôàðá. Ðàçâèòèå òåõíèêè îïòè÷åñêèõ êàáåëåé: Îáçîð èíôîðìàöèè/ ÖÍÈÈ Ñâÿçè. – Ì.: ÖÍÒÈ "Èíôîðìñâÿçü", 1996. – 84 ñ. 6. Ñòðîèòåëüñòâî è òåõíè÷åñêàÿ ýêñïëóàòàöèÿ âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ëèíèé ñâÿçè: Ó÷åáíèê äëÿ ÂÓÇîâ / ïîä. ðåä. Á. Â. Ïîïîâà – Ì.: Ðàäèî è ñâÿçü, 1996. – 200 c. 7. J. Hecht. Understanding Fiber Optics, Sams Publishing, 1993. – 477 p. 8. X. Li. "Soliton-Based Optic Fiber Systems", WPI EE535 Telecommunications and Transmission Technologies Course Homepage, April, 1996, http://bugs.wpi.edu:8080/EE535/hwk96/hwk5cd96/li/li.html 9. W. Hioki. Telecommunications, 2nd ed., Prentice Hall, 1995. – 501 p.
10
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
2. Îïòè÷åñêîå âîëîêíî 2.1. Òèïû îïòè÷åñêèõ âîëîêîí Îïòè÷åñêèå âîëîêíà ïðîèçâîäÿòñÿ ðàçíûìè ñïîñîáàìè, îáåñïå÷èâàþò ïåðåäà÷ó îïòè÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ íà ðàçíûõ äëèíàõ âîëí, èìåþò ðàçëè÷íûå õàðàêòåðèñòèêè è âûïîëíÿþò ðàçíûå çàäà÷è. Âñå îïòè÷åñêèå âîëîêíà äåëÿòñÿ íà äâå îñíîâíûå ãðóïïû: ìíîãîìîäîâûå MMF (multi mode fiber) è îäíîìîäîâûå SMF (single mode fiber). Ìíîãîìîäîâûå âîëîêíà ïîäðàçäåëÿþòñÿ íà ñòóïåí÷àòûå (step index multi mode fiber) è ãðàäèåíòíûå (graded index multi mode fiber). Îäíîìîäîâûå âîëîêíà ïîäðàçäåëÿþòñÿ íà ñòóïåí÷àòûå îäíîìîäîâûå âîëîêíà (step index single mode fiber) èëè ñòàíäàðòíûå âîëîêíà SF (standard fiber), íà âîëîêíà ñî ñìåùåííîé äèñïåðñèåé DSF (dispersion-shifted single mode fiber), è íà âîëîêíà ñ íåíóëåâîé ñìåùåííîé äèñïåðñèåé NZDSF (non-zero dispersion-shifted single mode fiber) Òèïû è ðàçìåðû âîëîêîí ïðèâåäåíû íà ðèñ. 2.1. Êàæäîå âîëîêíî ñîñòîèò èç ñåðäöåâèíû è îáîëî÷êè ñ ðàçíûìè ïîêàçàòåëÿìè ïðåëîìëåíèÿ. Ñåðäöåâèíà, ïî êîòîðîé ïðîèñõîäèò ðàñïðîñòðàíåíèå ñâåòîâîãî ñèãíàëà, èçãîòàâëèâàåòñÿ èç îïòè÷åñêè áîëåå ïëîòíîãî ìàòåðèàëà. Ïðè îáîçíà÷åíèè âîëîêíà óêàçûâàþòñÿ ÷åðåç äðîáü çíà÷åíèÿ äèàìåòðîâ ñåðäöåâèíû è îáîëî÷êè. Âîëîêíà îòëè÷àþòñÿ äèàìåòðîì ñåðäöåâèíû è îáîëî÷êè, à òàêæå ïðîôèëåì ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ ñåðäöåâèíû. Ó ìíîãîìîäîâîãî ãðàäèåíòíîãî âîëîêíà è îäíîìîäîâîãî âîëîêíà ñî ñìåùåííîé äèñïåðñèåé ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ ñåðäöåâèíû çàâèñèò îò ðàäèóñà. Òàêîé áîëåå ñëîæíûé ïðîôèëü äåëàåòñÿ äëÿ óëó÷øåíèÿ òåõíè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê èëè äëÿ äîñòèæåíèÿ ñïåöèàëüíûõ õàðàêòåðèñòèê âîëîêíà. Åñëè ñðàâíèâàòü ìíîãîìîäîâûå âîëîêíà ìåæäó ñîáîé (ðèñ. 2.1 à, á), òî ãðàäèåíòíîå âîëîêíî èìååò ëó÷øèå òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè, ÷åì ñòóïåí÷àòîå, ïî äèñïåðñèè. Ãëàâíûì îáðàçîì ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî ìåæìîäîâàÿ äèñïåðñèÿ â ãðàäèåíòíîì ìíîãîìîäîâîì âîëîêíå – îñíîâíîé èñòî÷íèê äèñïåðñèè – çíà÷èòåëüíî ìåíüøå, ÷åì â ñòóïåí÷àòîì ìíîãîìîäîâîì âîëîêíå, ÷òî ïðèâîäèò ê áîëüøåé ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòè ó ãðàäèåíòíîãî âîëîêíà. Îäíîìîäîâîå âîëîêíî èìååò çíà÷èòåëüíî ìåíüøèé äèàìåòð ñåðäöåâèíû ïî ñðàâíåíèþ ñ ìíîãîìîäîâûì è, êàê ñëåäñòâèå, èç-çà îòñóòñòâèÿ ìåæìîäîâîé äèñïåðñèè, áîëåå âûñîêóþ ïðîïóñêíóþ ñïîñîáíîñòü. Îäíàêî îíî òðåáóåò èñïîëüçîâàíèÿ áîëåå äîðîãèõ ëàçåðíûõ ïåðåäàò÷èêîâ.  ÂÎËÑ íàèáîëåå øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ ñëåäóþùèå ñòàíäàðòû âîëîêîí (òàáë. 2.1): •
ìíîãîìîäîâîå ãðàäèåíòíîå âîëîêíî 50/125 (ðèñ. 2.1 à);
•
ìíîãîìîäîâîå ãðàäèåíòíîå âîëîêíî 62,5/125 (ðèñ. 2.1 á);
•
îäíîìîäîâîå ñòóïåí÷àòîå âîëîêíî SF (âîëîêíî ñ íåñìåùåííîé äèñïåðñèåé èëè ñòàíäàðòíîå âîëîêíî) 8-10/125 (ðèñ. 2.1 â);
•
îäíîìîäîâîå âîëîêíî ñî ñìåùåííîé äèñïåðñèåé DSF 8-10/125 (ðèñ. 2.1 ã);
•
îäíîìîäîâîå âîëîêíî ñ íåíóëåâîé ñìåùåííîé äèñïåðñèåé NZDSF (ïî ïðîôèëþ ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ ýòî âîëîêíî ñõîæå ñ ïðåäûäóùèì òèïîì âîëîêíà).
Òàáëèöà 2.1. Ñòàíäàðòû îïòè÷åñêèõ âîëîêîí è îáëàñòè èõ ïðèìåíåíèÿ Ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî
Îäíîìîäîâîå âîëîêíî
MMF 50/125 ãðàäèåíòíîå âîëîêíî
MMF 62,5/125 ãðàäèåíòíîå âîëîêíî
SF (NDSF) ñòóïåí÷àòîå âîëîêíî
DSF âîëîêíî ñî ñìåùåííîé äèñïåðñèåé
NZDSF âîëîêíî ñ íåíóëåâîé ñìåùåííîé äèñïåðñèåé
ËÂÑ (Ethernet, Fast/Gigabit Ethernet, FDDI, ATM)
ËÂÑ (Ethernet, Fast/Gigabit Ethernet, FDDI, ATM)
Ïðîòÿæåííûå ñåòè (Ethernet, Fast/Gigabit Ethernet, FDDI, ATM), ìàãèñòðàëè SDH)
Ñâåðõïðîòÿæåííûå ñåòè, ñóïåðìàãèñòðàëè (SDH, ATM)
Ñâåðõïðîòÿæåííûå ñåòè, ñóïåðìàãèñòðàëè (SDH,ATM), ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèå ñåòè
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
11
200/240
100/140 200 мкм
100 мкм
140 мкм
240 мкм
а) Ступенчатое многомодовое волокно 50/125
62,5/125
85/125
50 мкм
62,5 мкм
85 мкм
125 мкм
125 мкм
125 мкм
б) Градиентное многомодовое волокно
8 мкм
125 мкм
в) Ступенчатое одномодовое волокно (SF)
8 мкм
125 мкм
г) Одномодовое волокно со смещенной дисперсией (DSF или NZDSF)
Ðèñ. 2.1. Òèïû îïòè÷åñêèõ âîëîêîí
Áîëüøèíñòâî óñòðîéñòâ âîëîêîííîé îïòèêè èñïîëüçóþò îáëàñòü èíôðàêðàñíîãî ñïåêòðà â äèàïàçîíå îò 800 äî 1600 íì â îñíîâíîì â òðåõ îêíàõ ïðîçðà÷íîñòè: 850, 1310 è 1550 íì, ðèñ. 2.8 [1]. Èìåííî îêðåñòíîñòè ýòèõ òðåõ äëèí âîëí îáðàçóþò ëîêàëüíûå ìèíèìóìû çàòóõàíèÿ ñèãíàëà è îáåñïå÷èâàþò áóëüøóþ äàëüíîñòü ïåðåäà÷è.
Ìíîãîìîäîâûå ãðàäèåíòíûå âîëîêíà  ñòàíäàðòíîì ìíîãîìîäîâîì ãðàäèåíòíîì âîëîêíå (50/125 èëè 62,5/125) äèàìåòð ñâåòîíåñóùåé æèëû 50 è 62,5 ìêì, ÷òî íà ïîðÿäîê áîëüøå äëèíû âîëíû ïåðåäà÷è. Ýòî ïðèâîäèò ê ðàñïðîñòðàíåíèþ ìíîæåñòâà ðàçëè÷íûõ òèïîâ ñâåòîâûõ ëó÷åé – ìîä – âî âñåõ òðåõ îêíàõ 12
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
ïðîçðà÷íîñòè. Äâà îêíà ïðîçðà÷íîñòè 850 è 1310 íì îáû÷íî èñïîëüçóþò äëÿ ïåðåäà÷è ñâåòà ïî ìíîãîìîäîâîìó âîëîêíó.
Îäíîìîäîâûå âîëîêíà  ñòóïåí÷àòîì îäíîìîäîâîì âîëîêíå (SF) äèàìåòð ñâåòîíåñóùåé æèëû ñîñòàâëÿåò 8-10 ìêì è ñðàâíèì ñ äëèíîé ñâåòîâîé âîëíû.  òàêîì âîëîêíå ïðè äîñòàòî÷íî áîëüøîé äëèíå âîëíû ñâåòà λ > λ CF ( λ > λ CF – äëèíà âîëíû îòñå÷êè) ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ òîëüêî îäèí ëó÷ (îäíà ìîäà). Îäíîìîäîâûé ðåæèì â îäíîìîäîâîì âîëîêíå ðåàëèçóåòñÿ â îêíàõ ïðîçðà÷íîñòè 1310 è 1550 íì. Ðàñïðîñòðàíåíèå òîëüêî îäíîé ìîäû óñòðàíÿåò ìåæìîäîâóþ äèñïåðñèþ è îáåñïå÷èâàåò î÷åíü âûñîêóþ ïðîïóñêíóþ ñïîñîáíîñòü îäíîìîäîâîãî âîëîêíà â ýòèõ îêíàõ ïðîçðà÷íîñòè. Íàèëó÷øèé ðåæèì ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñ òî÷êè çðåíèÿ äèñïåðñèè äîñòèãàåòñÿ â îêðåñòíîñòè äëèíû âîëíû 1310 íì, êîãäà õðîìàòè÷åñêàÿ äèñïåðñèÿ îáðàùàåòñÿ â íîëü. Ñ òî÷êè çðåíèÿ ïîòåðü ýòî íå ñàìîå ëó÷øåå îêíî ïðîçðà÷íîñòè.  ýòîì îêíå ïîòåðè ñîñòàâëÿþò 0,3-0,4 äÁ/êì, â òî âðåìÿ êàê íàèìåíüøåå çàòóõàíèå 0,2-0,25 äÁ/êì äîñòèãàåòñÿ â îêíå 1550 íì.  îäíîìîäîâîì âîëîêíå ñî ñìåùåííîé äèñïåðñèåé (DSF) äëèíà âîëíû, íà êîòîðîé ðåçóëüòèðóþùàÿ äèñïåðñèÿ îáðàùàåòñÿ â íîëü, – äëèíà âîëíû íóëåâîé äèñïåðñèè λ 0 – ñìåùåíà â îêíî 1550 íì. Òàêîå ñìåùåíèå äîñòèãàåòñÿ áëàãîäàðÿ ñïåöèàëüíîìó ïðîôèëþ ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ âîëîêíà, ðèñ. 2.1 ã. Òàêèì îáðàçîì, â âîëîêíå ñî ñìåùåííîé äèñïåðñèåé ðåàëèçóþòñÿ íàèëó÷øèå õàðàêòåðèñòèêè êàê ïî ìèíèìóìó äèñïåðñèè, òàê è ïî ìèíèìóìó ïîòåðü. Ïîýòîìó òàêîå âîëîêíî ëó÷øå ïîäõîäèò äëÿ ñòðîèòåëüñòâà ïðîòÿæåííûõ ñåãìåíòîâ ñ ðàññòîÿíèåì ìåæäó ðåòðàíñëÿòîðàìè äî 100 è áîëåå êì. Ðàçóìååòñÿ, åäèíñòâåííàÿ ðàáî÷àÿ äëèíà âîëíû áåðåòñÿ áëèçêîé ê 1550 íì. Îäíîìîäîâîå âîëîêíî ñ íåíóëåâîé ñìåùåííîé äèñïåðñèåé NZDSF â îòëè÷èå îò DSF îïòèìèçèðîâàíî äëÿ ïåðåäà÷è íå îäíîé äëèíû âîëíû, à ñðàçó íåñêîëüêèõ äëèí âîëí (ìóëüòèïëåêñíîãî âîëíîâîãî ñèãíàëà) è íàèáîëåå ýôôåêòèâíî ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ ïðè ïîñòðîåíèè ìàãèñòðàëåé "ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèõ ñåòåé" – ñåòåé, íà óçëàõ êîòîðûõ íå ïðîèñõîäèò îïòîýëåêòðîííîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ ïðè ðàñïðîñòðàíåíèè îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà. Ïåðåäà÷à ìóëüòèïëåêñíîãî ñèãíàëà íà áîëüøèå ðàññòîÿíèÿ òðåáóåò èñïîëüçîâàíèÿ ëèíåéíûõ øèðîêîïîëîñíûõ îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé, èç êîòîðûõ íàèáîëüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èëè òàê íàçûâàåìûå ýðáèåâûå óñèëèòåëè íà îñíîâå ëåãèðîâàííîãî ýðáèåì âîëîêíà (EDFA). Ëèíåéíûå óñèëèòåëè òèïà EDFA ýôôåêòèâíî ìîãóò óñèëèâàòü ñèãíàë â ñâîåì ðàáî÷åì äèàïàçîíå îò 1530-1560 íì. Äëèíà âîëíû íóëåâîé äèñïåðñèè ó âîëîêíà NZDSF, â îòëè÷èå îò âîëîêíà DSF, âûâåäåíà çà ïðåäåëû ýòîãî äèàïàçîíà, ÷òî çíà÷èòåëüíî îñëàáëÿåò âëèÿíèå íåëèíåéíûõ ýôôåêòîâ â îêðåñòíîñòè òî÷êè íóëåâîé äèñïåðñèè ïðè ðàñïðîñòðàíåíèè íåñêîëüêèõ äëèí âîëí. Îïòèìèçàöèÿ òðåõ ïåðå÷èñëåííûõ òèïîâ îäíîìîäîâûõ âîëîêîí ñîâåðøåííî íå îçíà÷àåò, ÷òî îíè âñåãäà äîëæíû èñïîëüçîâàòüñÿ èñêëþ÷èòåëüíî ïîä îïðåäåëåííûå çàäà÷è: SF – ïåðåäà÷à ñèãíàëà íà äëèíå âîëíû 1310 íì, DSF – ïåðåäà÷à ñèãíàëà íà äëèíå âîëíû 1550 íì, NZDSF – ïåðåäà÷à ìóëüòèïëåêñíîãî ñèãíàëà â îêíå 1530-1560 íì. Òàê, íàïðèìåð, ìóëüòèïëåêñíûé ñèãíàë â îêíå 1530-1560 íì ìîæíî ïåðåäàâàòü è ïî ñòàíäàðòíîìó ñòóïåí÷àòîìó îäíîìîäîâîìó âîëîêíó SF. Îäíàêî äëèíà áåçðåòðàíñëÿöèîííîãî ó÷àñòêà ïðè èñïîëüçîâàíèè âîëîêíà SF áóäåò ìåíüøå, ÷åì ïðè èñïîëüçîâàíèè NZDSF, èëè èíà÷å ïîòðåáóåòñÿ î÷åíü óçêàÿ ïîëîñà ñïåêòðàëüíîãî èçëó÷åíèÿ ëàçåðíûõ ïåðåäàò÷èêîâ äëÿ óìåíüøåíèÿ ðåçóëüòèðóþùåé õðîìàòè÷åñêîé äèñïåðñèè. Ìàêñèìàëüíîå äîïóñòèìîå ðàññòîÿíèå îïðåäåëÿåòñÿ òåõíè÷åñêèìè õàðàêòåðèñòèêàìè êàê ñàìîãî âîëîêíà (çàòóõàíèåì, äèñïåðñèåé), òàê è ïðèåìîïåðåäàþùåãî îáîðóäîâàíèÿ (ìîùíîñòüþ, ÷àñòîòîé, ñïåêòðàëüíûì óøèðåíèåì èçëó÷åíèÿ ïåðåäàò÷èêà, ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ ïðèåìíèêà).
2.2. Ðàñïðîñòðàíåíèå ñâåòà ïî âîëîêíó Îñíîâíûìè ôàêòîðàìè, âëèÿþùèìè íà õàðàêòåð ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñâåòà â âîëîêíå, íàðÿäó ñ äëèíîé âîëíû èçëó÷åíèÿ, ÿâëÿþòñÿ: ãåîìåòðè÷åñêèå ïàðàìåòðû âîëîêíà; çàòóõàíèå; äèñïåðñèÿ.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
13
Ãåîìåòðè÷åñêèå ïàðàìåòðû âîëîêíà Îòíîñèòåëüíàÿ ðàçíîñòü ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ. Âîëîêíî ñîñòîèò èç ñåðäöåâèíû è îáîëî÷êè. Îáîëî÷êà îêðóæàåò îïòè÷åñêè áîëåå ïëîòíóþ ñåðäöåâèíó, ÿâëÿþùóþñÿ ñâåòîíåñóùåé ÷àñòüþ âîëîêíà, ðèñ. 2.2. Áóäåì îáîçíà÷àòü ÷åðåç n1 è n2 ïîêàçàòåëè ïðåëîìëåíèÿ ñåðäöåâèíû è îáîëî÷êè, ñîîòâåòñòâåííî. Îäèí èç âàæíûõ ïàðàìåòðîâ, êîòîðûé õàðàêòåðèçóåò âîëîêíî, ýòî – îòíîñèòåëüíàÿ ðàçíîñòü ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ ∆ :
(
)
∆ = n 12 − n 22 2n12 .
(2-1)
Åñëè ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ îáîëî÷êè âûáèðàåòñÿ âñåãäà ïîñòîÿííîé âåëè÷èíîé, òî ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ ñåðäöåâèíû â îáùåì ñëó÷àå ìîæåò çàâèñåòü îò ðàäèóñà.  ýòîì ñëó÷àå äëÿ ïðîâåäåíèÿ ðàçëè÷íûõ îöåíîê ïàðàìåòðîâ âîëîêíà â ìåñòî n1 èñïîëüçóþò n1eff. Ðàñïðîñòðàíåíèå ñâåòà ïî âîëîêíó ìîæíî îáúÿñíèòü íà îñíîâå ïðèíöèïà ïîëíîãî âíóòðåííåãî îòðàæåíèÿ, âûòåêàþùåãî èç çàêîíà ïðåëîìëåíèÿ ñâåòà Ñíåëëèóñà:
n1 sin θ1 = n 2 sin θ 2 , ãäå
n1 –
ñðåäû 2,
ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ ñðåäû 1,
θ2
θ1
– óãîë ïàäåíèÿ,
(2-2)
n2
– ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ
– óãîë ïðåëîìëåíèÿ.
Ôîðìàëüíûå âûêëàäêè óäîáíåå ïðîèçâîäèòü äëÿ ñòóïåí÷àòîãî âîëîêíà (âîëîêíà ñî ñòóïåí÷àòûì ïðîôèëåì ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ), â êîòîðîì ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ ñåðäöåâèíû ÿâëÿåòñÿ ïîñòîÿííîé âåëè÷èíîé ( n 1 = const). Íà ðèñ. 2.2 ïîêàçàí õîä ëó÷åé â òàêîì âîëîêíå. Òàê êàê ñåðäöåâèíà ÿâëÿåòñÿ îïòè÷åñêè áîëåå ïëîòíîé ñðåäîé ïî îòíîøåíèþ ê îáîëî÷êå ( n 1 > n 2 ), òî ñóùåñòâóåò êðèòè÷åñêèé óãîë ïàäåíèÿ θ C – âíóòðåííèé óãîë ïàäåíèÿ íà ãðàíèöó, ïðè êîòîðîì ïðåëîìëåííûé ëó÷ èäåò âäîëü ãðàíèöû ñðåä ( θ 2 = 900). Èç çàêîíà Ñíåëëèóñà ëåãêî íàéòè ýòîò êðèòè÷åñêèé óãîë ïàäåíèÿ:
θ C = arcsin ( n 2 n1) .
(2-3)
Åñëè óãîë ïàäåíèÿ íà ãðàíèöó ðàçäåëà ìåíüøå êðèòè÷åñêîãî óãëà ïàäåíèÿ (ëó÷ 2), òî ïðè êàæäîì âíóòðåííåì îòðàæåíèè ÷àñòü ýíåðãèè ðàññåèâàåòñÿ íàðóæó â âèäå ïðåëîìëåííîãî ëó÷à, ÷òî ïðèâîäèò â êîíå÷íîì èòîãå ê çàòóõàíèþ ñâåòà. Åñëè æå óãîë ïàäåíèÿ áîëüøå êðèòè÷åñêîãî óãëà (ëó÷ 1), òî ïðè êàæäîì îòðàæåíèè îò ãðàíèöû âñÿ ýíåðãèÿ âîçâðàùàåòñÿ îáðàòíî â ñåðäöåâèíó áëàãîäàðÿ ïîëíîìó âíóòðåííåìó îòðàæåíèþ. Ëó÷è, òðàåêòîðèè êîòîðûõ ïîëíîñòüþ ëåæàò â îïòè÷åñêè áîëåå ïëîòíîé ñðåäå, íàçûâàþòñÿ íàïðàâëÿåìûìè. Ïîñêîëüêó ýíåðãèÿ â íàïðàâëÿåìûõ ëó÷àõ íå ðàññåèâàåòñÿ íàðóæó, òàêèå ëó÷è ìîãóò ðàñïðîñòðàíÿòüñÿ íà áîëüøèå ðàññòîÿíèÿ.
Часть луча 2 преломляется и уходит в оболочку
θ2 Луч 1
θA
R
n2 n1
θC
n
Луч 2 Часть луча 2 отражается внутрь
Луч 1 испытывает полное внутреннее отражение
Ðèñ. 2.2. Õîä ëó÷åé â ìíîãîìîäîâîì îïòè÷åñêîì âîëîêíå ñî ñòóïåí÷àòûì ïðîôèëåì
14
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
×èñëîâàÿ àïåðòóðà. Âàæíûì ïàðàìåòðîì, õàðàêòåðèçóþùèì âîëîêíî, ÿâëÿåòñÿ ÷èñëîâàÿ àïåðòóðà NA. Îíà ñâÿçàíà ñ ìàêñèìàëüíûì óãëîì θ A ââîäèìîãî â âîëîêíî èçëó÷åíèÿ èç ñâîáîäíîãî ïðîñòðàíñòâà, ïðè êîòîðîì ñâåò èñïûòûâàåò ïîëíîå âíóòðåííåå îòðàæåíèå è ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ ïî âîëîêíó, ôîðìóëîé:
NA = sin θ A .
(2–3)
Ôèðìû-èçãîòîâèòåëè âîëîêíà ýêñïåðèìåíòàëüíî èçìåðÿþò óãîë
θA
è óêàçûâàþò ñîîò-
âåòñòâóþùåå çíà÷åíèå ÷èñëîâîé àïåðòóðû äëÿ êàæäîãî ïîñòàâëÿåìîãî òèïà âîëîêíà. Äëÿ âîëîêíà ñî ñòóïåí÷àòûì ïðîôèëåì ëåãêî ïîëó÷èòü çíà÷åíèå ÷èñëîâîé àïåðòóðû, âûðàæåííîå ÷åðåç ïîêàçàòåëè ïðåëîìëåíèÿ:
NA = n 12 − n 22 = n 1 2∆ . Äëÿ
NA(r ) =
ãðàäèåíòíîãî
âîëîêíà
èñïîëüçóåòñÿ
ïîíÿòèå
(2-5) ëîêàëüíîé
÷èñëîâîé
àïåðòóðû
n 12 (r ) − n 22 , çíà÷åíèå êîòîðîé ìàêñèìàëüíî íà îñè è ïàäàåò äî 0 íà ãðàíèöå ñåðä-
öåâèíû è îáîëî÷êè. Äëÿ ãðàäèåíòíîãî âîëîêíà ñ ïàðàáîëè÷åñêèì ïðîôèëåì ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ, ôîðìóëà (2-10), îïðåäåëÿåòñÿ ýôôåêòèâíàÿ ÷èñëîâàÿ àïåðòóðà, êîòîðàÿ ðàâíà
NA eff = n 12 (0) − n 22 ãäå
n 1 ( 0)
2,
(2-6)
– ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ íà îñè.
Íîðìèðîâàííàÿ ÷àñòîòà. Äðóãèì âàæíûì ïàðàìåòðîì, õàðàêòåðèçóþùèì âîëîêíî è ðàñïðîñòðàíÿþùèéñÿ ïî íåìó ñâåò, ÿâëÿåòñÿ íîðìèðîâàííàÿ ÷àñòîòà V, êîòîðàÿ îïðåäåëÿåòñÿ êàê
V = πd ⋅ NA λ , ãäå
d
(2-7)
– äèàìåòð ñåðäöåâèíû âîëîêíà.
Íîìåíêëàòóðà ìîä. Ïðè áîëåå ñòðîãîì ðàññìîòðåíèè ïðîöåññà ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñâåòà ïî âîëîêíó ñëåäóåò ðåøàòü âîëíîâûå óðàâíåíèÿ Ìàêñâåëëà. Èìåííî â ýòîé òðàêòîâêå ëó÷è àññîöèèðóþòñÿ ñ âîëíàìè, ïðè÷åì ðàçëè÷íûå òèïû âîëí – ðåøåíèÿ óðàâíåíèé – íàçûâàþòñÿ ìîäàìè. Ñàìè ìîäû îáîçíà÷àþòñÿ áóêâàìè E è/èëè H ñ äâóìÿ èíäåêñàìè n è m (Enm è Hnm). Èíäåêñ n õàðàêòåðèçóåò àçèìóòàëüíûå ñâîéñòâà âîëíû (÷èñëî èçìåíåíèé ïîëÿ ïî îêðóæíîñòè), à m – ðàäèàëüíûå (÷èñëî èçìåíåíèé ïîëÿ ïî äèàìåòðó). Ïî îïòè÷åñêîìó âîëîêíó ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ òîëüêî äâà òèïà âîëí: ñèììåòðè÷íûå (E0m è H0m), ó êîòîðûõ òîëüêî îäíà ïðîäîëüíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ, è íåñèììåòðè÷íûå (ñìåøàííûå) (Enm è Hnm), ó êîòîðûõ èìååòñÿ äâå ïðîäîëüíûå ñîñòàâëÿþùèå. Ïðè ýòîì, åñëè ïðåîáëàäàåò ïðîäîëüíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ – Ez, òî âîëíà îáîçíà÷àåòñÿ EHnm, à åñëè ïðåîáëàäàåò ïðîäîëüíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ – Hz, òî âîëíà íàçûâàåòñÿ HEnm. Ñîïîñòàâëÿÿ âîëíîâóþ òåîðèþ ñ ãåîìåòðè÷åñêîé îïòèêîé, ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ñèììåòðè÷íûå ìîäû E0m è H0m ñîîòâåòñòâóþò ìåðèäèîíàëüíûì ëó÷àì, íåñèììåòðè÷íûå ìîäû Enm è Hnm – êîñûì ëó÷àì [10]. Ïî âîëîêíó ìîãóò ðàñïðîñòðàíÿòüñÿ êàê òîëüêî îäíà ìîäà – îäíîìîäîâûé ðåæèì, òàê è ìíîãî ìîä – ìíîãîìîäîâûé ðåæèì. Ìíîãîìîäîâûé èëè îäíîìîäîâûé õàðàêòåð èäóùåãî ïî âîëîêíó ñâåòà êîðåííûì îáðàçîì âëèÿåò íà äèñïåðñèþ, à ñëåäîâàòåëüíî, è íà ïðîïóñêíóþ ñïîñîáíîñòü âîëîêíà. Ðàñ÷åò íà îñíîâå óðàâíåíèé Ìàêñâåëëà ïîçâîëÿåò íàéòè ïðîñòîé êðèòåðèé ðàñïðîñòðàíåíèÿ îäíîé ìîäû: V < 2,405 (òî÷íîå çíà÷åíèå êîíñòàíòû â ïðàâîé ÷àñòè íåðàâåíñòâà îïðåäåëÿåòñÿ ïåðâûì íóëåì ôóíêöèè Áåññåëÿ I0(x), [1, 2]). Ýòî ãèáðèäíàÿ ìîäà HE11. Îòìåòèì, ÷òî íîðìèðîâàííàÿ ÷àñòîòà ÿâíî çàâèñèò îò äëèíû âîëíû ñâåòà.  òàáë. 2.2 ïðèâåäåíû çíà÷åíèÿ íîðìèðîâàííîé ÷àñòîòû, âû÷èñëåííûå ïî ôîðìóëå (2-7). Êàê âèäíî èç òàáë. 2.2, â îäíîìîäîâîì ñòóïåí÷àòîì âîëîêíå ïðè äëèíå âîëíû ñâåòà 1550 íì âûïîëíÿåòñÿ êðèòåðèé (2-8), è ïîýòîìó ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ òîëüêî îäíà ìîäà. Ïðè äëèíå âîëíû 1310 íì êðèòåðèé íå âûïîëíåí, ÷òî îçíà÷àåò âîçìîæíîñòü ðàñïðîñòðàíåíèÿ íåñêîëüêèõ ìîä â îäíîìîäîâîì âîëîêíå íà ýòîé äëèíå âîëíû. Íà ïðàêòèêå, îäíàêî, âîëîêíî ïîìåùàåòñÿ â êàáåëü, êîòîðûé, áóäó÷è ïðîëîæåííûì, èìååò ìíîæåñòâî èçãèáîâ. Îñîáåííî âåëèêè èñêðèâëåíèÿ âîëîêíà â ñïëàéñ-áîêñàõ. Èñêðèâëåíèå âîëîêíà ïðèâîäèò ê áûñòðîìó çàòóõàíèþ íåîñíîâíûõ ìîä. Âî âñåõ îñòàëüíûõ ñëó÷àÿõ íàáëþäàåòñÿ ìíîãîìîäîâûé õàðàêòåð ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñâåòà. Îòìåòèì, ÷òî ïðè äëèíå âîëíû 850 íì êðèòåðèé (2-8) íàðóøàåòñÿ äëÿ ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
15
âñåõ òèïîâ âîëîêîí. Òàêèì îáðàçîì, åñëè ââîäèòü èçëó÷åíèå äëèíîé âîëíû 850 íì â îäíîìîäîâîå âîëîêíî, òî èìåòü ìåñòî áóäåò ìíîãîìîäîâûé ðåæèì ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñâåòà. Ïðîòèâîðå÷èÿ çäåñü íåò. Äåëî â òîì, ÷òî ñòóïåí÷àòîå îäíîìîäîâîå âîëîêíî 8/125 ïðåäíàçíà÷åíî äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â ñïåêòðàëüíûõ îêðåñòíîñòÿõ äâóõ äëèí âîëí:1310 íì è 1550 íì, ãäå îíî â èñòèííîì ñìûñëå ïðîÿâëÿåò ñåáÿ êàê îäíîìîäîâîå.
Òàáëèöà 2.2. Çíà÷åíèÿ îñíîâíûõ îïòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ âîëîêîí è íîðìèðîâàííîé ÷àñòîòû V äëÿ ðàçëè÷íûõ äëèí âîëí
λ (íì)
Îïòè÷åñêîå âîëîêíî ¹¹
Íàçâàíèå è äèàìåòð
∆ (%)
n1
NA
1550
1310
850
1
step MMF 200/240
–
–
0,39*
V=158,09
187,06
288,29
2
step MMF 100/140
–
–
0,29*
58,77
69,54
107,18
3
grad MMF 62,5/125
2,1**
1,47**
0,28**
35,46
41,96
64,67
4
grad MMF 50/125
1,25**
1,46**
0,20**
20,26
23,98
36,95
5
step SMF (SF) 8,3/125
0,36**
1,468**
0,13**
2,187
2,588
3,990
Îáîçíà÷åíèÿ: step MMF (multi mode fiber) – ñòóïåí÷àòîå ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî; step SMF (single mode fiber) – ñòóïåí÷àòîå îäíîìîäîâîå âîëîêíî; grad MMF – ãðàäèåíòíîå ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî; * – ïàðàìåòðû âîëîêîí èç [3]; ** – ïàðàìåòðû âîëîêîí, ïðîèçâîäèìûõ ôèðìîé Corning [4]
Êîëè÷åñòâî ìîä. Åñëè ïðè
V < 2,405
ìîæåò ðàñïðîñòðàíÿòüñÿ òîëüêî îäíà ìîäà, òî ñ
ðîñòîì V êîëè÷åñòâî ìîä íà÷èíàåò ðåçêî ðàñòè, ïðè÷åì íîâûå òèïû ìîä "âêëþ÷àþòñÿ" ïðè ïåðåõîäå V ÷åðåç îïðåäåëåííûå êðèòè÷åñêèå çíà÷åíèÿ, òàáë. 2.3.
Òàáëèöà 2.3. Íîìåíêëàòóðà ìîä íèçêèõ ïîðÿäêîâ Íîðìèðîâàííàÿ ÷àñòîòà V
×èñëî ìîä Nm
0 – 2,405
1
HE11 – îñíîâíàÿ ìîäà (åäèíñòâåííàÿ äîïóñòèìàÿ äëÿ îäíîìîäîâîãî âîëîêíà)
2,405 – 3,832
4
HE11, H01, E01, HE21
3,832 – 5,136
7
HE11, H01, E01, HE21, HE12, EH11, HE31
5,136 – 5,52
9
HE11, H01, E01, HE21, HE12, EH11, HE31, EH21, HE41
5,52 – 6,38
12
HE11, H01, E01, HE21, HE12, EH11, HE31, EH21, HE41, H02, E02, HE22
6,38 – 7,02
14
HE11, H01, E01, HE21, HE12, EH11, HE31, EH21, HE41, H02, E02, HE22, EH31, HE51
7,02 – 7,59
17
HE11, H01, E01, HE21, HE12, EH11, HE31, EH21, HE41, H02, E02, HE22, EH31, HE51, HE13, EH12, HE31
7,59 – 8,42
19
HE11, H01, E01, HE21, HE12, EH11, HE31, EH21, HE41, H02, E02, HE22, EH31, HE51, HE13, EH12, HE31, EH41, HE61
Òèïû ìîä
Ïðè áîëüøèõ çíà÷åíèÿõ ïî ôîðìóëå:
V
êîëè÷åñòâî ìîä
Nm 2
äëÿ ñòóïåí÷àòîãî âîëîêíà ìîæíî îöåíèòü 2
(
1 1 πd 1 πd N m = V 2 = NA = n 12 − n 22 2 2 λ 2 λ 16
).
(2-8)
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Çíà÷åíèå ýòîãî âûðàæåíèÿ ìîæåò áûòü êàê öåëûì, òàê è äðîáíûì.  äåéñòâèòåëüíîñòè æå ÷èñëî ìîä ìîæåò áûòü òîëüêî öåëûì è ñîñòàâëÿòü âåëè÷èíó îò îäíîé äî íåñêîëüêèõ òûñÿ÷. Êîëè÷åñòâî ìîä äëÿ ãðàäèåíòíîãî îïòè÷åñêîãî âîëîêíà ñ ïàðàáîëè÷åñêèì ïðîôèëåì ñåðäöåâèíû:
[
n 1 − 2∆(r / a )2 n (r ) = 1 n 2 (a – ðàäèóñ ñåðäöåâèíû,
]
1/ 2
, 0 ≤ r
(2-9)
, a ≤ r
b – ðàäèóñ îáîëî÷êè) îïðåäåëÿåòñÿ òàê: 2
(
1 πd N m = n 12 − n 22 4 λ
).
(2-10)
Íà ðèñ. 2.3 ïîêàçàíà îáùàÿ êàðòèíà ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñâåòà ïî ðàçíûì òèïàì ñâåòîâîäîâ: ìíîãîìîäîâîìó ñòóïåí÷àòîìó, ìíîãîìîäîâîìó ãðàäèåíòíîìó, è îäíîìîäîâîìó ñòóïåí÷àòîìó âîëîêíó.
Высокого порядка мода
Дисперсия
n2 n1
Низкого порядка мода Дисперсия
n2 n1
n2 n1
Ðèñ. 2.3. Ðàñïðîñòðàíåíèå ñâåòà ïî ðàçíûì òèïàì âîëîêîí: à) ìíîãîìîäîâîå ñòóïåí÷àòîå âîëîêíî, á) ìíîãîìîäîâîå ãðàäèåíòíîå âîëîêíî, â) îäíîìîäîâîå ñòóïåí÷àòîå âîëîêíî
Äëèíà âîëíû îòñå÷êè (cutoff wavelength) Ìèíèìàëüíàÿ äëèíà âîëíû, ïðè êîòîðîé âîëîêíî ïîääåðæèâàåò òîëüêî îäíó ðàñïðîñòðàíÿåìóþ ìîäó, íàçûâàåòñÿ äëèíîé âîëíû îòñå÷êè. Ýòîò ïàðàìåòð õàðàêòåðåí äëÿ îäíîìîäîâîãî âîëîêíà. Åñëè ðàáî÷àÿ äëèíà âîëíû ìåíüøå äëèíû âîëíû îòñå÷êè, òî èìååò ìåñòî ìíîãîìîäîâûé ðåæèì ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñâåòà.  ýòîì ñëó÷àå ïîÿâëÿåòñÿ äîïîëíèòåëüíûé èñòî÷íèê äèñïåðñèè – ìåæìîäîâàÿ äèñïåðñèÿ, âåäóùèé ê óìåíüøåíèþ ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ âîëîêíà.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
17
Ðàçëè÷àþò âîëîêîííóþ äëèíó âîëíû îòñå÷êè ( λ CF ) è êàáåëüíóþ äëèíó âîëíû îòñå÷êè ( λ CCF ). Ïåðâàÿ ñîîòâåòñòâóåò ñëàáî íàïðÿæåííîìó âîëîêíó. Íà ïðàêòèêå æå âîëîêíî ïîìåùàåòñÿ â êàáåëü, êîòîðûé ïðè ïðîêëàäêå èñïûòûâàåò ìíîæåñòâî èçãèáîâ. Êðîìå ýòîãî, ñèëüíûå èñêðèâëåíèÿ âîëîêîí ïðîèñõîäÿò ïðè èõ óêëàäêå â ñïëàéñ-áîêñàõ. Âñå ýòî âåäåò ê ïîäàâëåíèþ ïîáî÷íûõ ìîä è ñìåùåíèþ λ CCF â ñòîðîíó êîðîòêèõ äëèí âîëí ïî ñðàâíåíèþ ñ λ CF . Ñ ïðàêòè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ êàáåëüíàÿ äëèíà âîëíû îòñå÷êè ïðåäñòàâëÿåò áîëüøèé èíòåðåñ. Âîëîêîííóþ äëèíó âîëíû îòñå÷êè ìîæíî îöåíèòü êàê òåîðåòè÷åñêè, òàê è ýêñïåðèìåíòàëüíî. Òåîðåòè÷åñêè ëåãêî ýòî ñäåëàòü äëÿ ñòóïåí÷àòîãî îäíîìîäîâîãî âîëîêíà – íà îñíîâàíèè âûðàæåíèé (2-7), (2-8) è (2-9) ïîëó÷àåì
λ CCF,
â îòëè÷èå îò
λ CF,
λ CF = π ⋅ d ⋅ NA 2,405 = 1,847 ⋅ d ⋅ n 1 ∆
.
ìîæíî îöåíèòü òîëüêî ýêñïåðèìåíòàëüíûì îáðàçîì. Îäíèì èç
ïðàêòè÷åñêèõ ìåòîäîâ èçìåðåíèÿ äëèí âîëí îòñå÷êè
λ CF
è
λ CCF
ÿâëÿåòñÿ ìåòîä ïåðåäàâàå-
ìîé ìîùíîñòè (transmitted power method) [5, 6]. Ñðàâíèâàåòñÿ èçìåðåííàÿ ïåðåäàííàÿ ñïåêòðàëüíàÿ ìîùíîñòü â çàâèñèìîñòè îò äëèíû âîëíû äëÿ îáðàçöà îäíîìîäîâîãî âîëîêíà äëèíîé 2 ì ñ àíàëîãè÷íûì ïàðàìåòðîì, ïîëó÷åííûì íà îáðàçöå ìíîãîìîäîâîãî âîëîêíà. Ñòðîèòñÿ êðèâàÿ
A m (λ ) = 10 lg ãäå
Am –
ðàçíèöà çàòóõàíèé;
Ps
Ps (λ) Pm (λ )
äÁ ,
(2-11)
– ìîùíîñòü íà âûõîäå îäíîìîäîâîãî âîëîêíà;
Pm
– ìîù-
íîñòü íà âûõîäå ìíîãîìîäîâîãî âîëîêíà. Ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî ÿâëÿåòñÿ ýòàëîííûì. Ïðè ýòîì îäèí è òîò æå èñòî÷íèê èçëó÷åíèÿ ñ ïåðåñòðàèâàåìîé äëèíîé âîëíû èñïîëüçóåòñÿ êàê äëÿ îäíîìîäîâîãî, òàê è ìíîãîìîäîâîãî âîëîêíà. Ñòðîèòñÿ êðèâàÿ A m (λ ) , ðèñ. 2.4, äëèííîâîëíîâûé ó÷àñòîê êîòîðîé ýêñòðàïîëèðóåòñÿ ïðÿìîé (1). Ñòðîèòñÿ ïàðàëëåëüíàÿ ïðÿìàÿ (2), îòñòîÿùàÿ íèæå îò (1) íà 0,1 äÁ. Òî÷êà ïåðåñå÷åíèÿ ïðÿìîé (2) ñ êðèâîé A m (λ ) ñîîòâåòñòâóåò äëèíå âîëíû îòñå÷êè.
Am (1) 0,1 дБ (2)
λCF
λ
Ðèñ. 2.4. Îïðåäåëåíèå äëèíû âîëíû îòñå÷êè
Óñëîâèÿ èçìåðåíèÿ äîëæíû ñîîòâåòñòâîâàòü ðåêîìåíäàöèÿì TIA/EIA è CCITT [1, 2, 3]. Êîíöû âîëîêíà î÷èùàþòñÿ îò çàùèòíîãî ïîêðûòèÿ, ñêàëûâàþòñÿ – óãîë ñêîëà íå äîëæåí ïðåâûøàòü 2°. Äèàìåòð ñâåòîâîãî ïÿòíà îò èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ – 200 ìêì; ÷èñëîâàÿ àïåðòóðà ââîäèìîãî èçëó÷åíèÿ 0,20; ïîëíàÿ øèðèíà ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ ≤ 10 íì, èçìåðåííàÿ íà ïîëóìàêñèìóìå; èçìåðÿåìûé äèàïàçîí äëèí âîëí îò 1000 íì äî 1600 íì ñ øàãîì 10 íì. Ïðè èçìåðåíèè äëèíû âîëíû îòñå÷êè âîëîêíà λ CF îáðàçåö âîëîêíà äîëæåí èìåòü äëèíó 2 ì è ðàñïîëàãàòüñÿ òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû îáðàçîâûâàëàñü îäíà ïåòëÿ ðàäèóñîì 140 ìì, ðèñ. 2.5 à. Íå äîëæíî áûòü äîïîëíèòåëüíûõ èçãèáîâ âîëîêíà ñ ðàäèóñîì, ìåíüøèì 140 ìì. Ýêñïåðèìåíòàëüíî èçìåðåííàÿ äëèíà âîëíû îòñå÷êè âîëîêíà áëèçêà ê òåîðåòè÷åñêîìó çíà÷åíèþ, êîòîðîå ìîæíî ïîëó÷èòü èç êðèòåðèÿ (2-7), åñëè îáðàòèòü åãî â ðàâåíñòâî.
18
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Ïðè èçìåðåíèè êàáåëüíîé äëèíû âîëíû îòñå÷êè
λ CCF
òåñòèðóåìûé îáðàçåö âîëîêíà
äîëæåí èìåòü äëèíó 22 ì. Áîëüøàÿ ÷àñòü âîëîêíà ñâåðòûâàåòñÿ è ðàñïîëàãàåòñÿ íà êàòóøêå ñ ðàäèóñîì íå ìåíüøå, ÷åì 140 ìì, ÷òî ìîäåëèðóåò êàáåëüíûå ýôôåêòû. Çàòåì äåëàåòñÿ ïî îäíîé ïåòëå äèàìåòðîì 76 ìì íà ðàññòîÿíèè 1 ì îò êàæäîãî êîíöà âîëîêíà äëÿ ìîäåëèðîâàíèÿ ýôôåêòà èçãèáà âîëîêíà â ñïëàéñ-áîêñàõ, ðèñ. 2.5 á. È, íàêîíåö, â ñðåäíåé ÷àñòè äåëàåòñÿ äâå äîïîëíèòåëüíûå ïåòëè ðàäèóñîì, ìåíüøèì 140 ìì.
а)
280 мм
L=2м 28 см
б) 1м
76 мм
76 мм L = 22 м
Ðèñ. 2.5. Ðàçìåùåíèå âîëîêíà: à) ïðè îïðåäåëåíèè λ CF ; á) ïðè îïðåäåëåíèè λ CCF
Çàòóõàíèå Âîëîêíî õàðàêòåðèçóåòñÿ äâóìÿ âàæíåéøèìè ïàðàìåòðàìè: çàòóõàíèåì è äèñïåðñèåé. ×åì ìåíüøå çàòóõàíèå (ïîòåðè) è ÷åì ìåíüøå äèñïåðñèÿ ðàñïðîñòðàíÿåìîãî ñèãíàëà â âîëîêíå, òåì áîëüøå ìîæåò áûòü ðàññòîÿíèå ìåæäó ðåãåíåðàöèîííûìè ó÷àñòêàìè èëè ïîâòîðèòåëÿìè. Íà çàòóõàíèå ñâåòà â âîëîêíå âëèÿþò òàêèå ôàêòîðû, êàê: ïîòåðè íà ïîãëîùåíèè; ïîòåðè íà ðàññåÿíèè; êàáåëüíûå ïîòåðè. Ïîòåðè íà ïîãëîùåíèè è íà ðàññåÿíèè âìåñòå íàçûâàþò ñîáñòâåííûìè ïîòåðÿìè, â òî âðåìÿ êàê êàáåëüíûå ïîòåðè â ñèëó èõ ïðèðîäû íàçûâàþò òàêæå äîïîëíèòåëüíûìè ïîòåðÿìè, ðèñ. 2.6.
Затухание
Собственные потери Потери на поглощении
α abs
α int Потери на рассеянии
Кабельные потери
αrad
αsct
Ðèñ. 2.6. Îñíîâíûå òèïû ïîòåðü â âîëîêíå
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
19
Ïîëíîå çàòóõàíèå â âîëîêíå (èçìåðÿåòñÿ â äÁ/êì) îïðåäåëÿåòñÿ â âèäå ñóììû:
α = α int + α rad = α abs + α sct + α rad Ïîòåðè íà ïîãëîùåíèè
(2-12)
α abs ñîñòîÿò êàê èç ñîáñòâåííûõ ïîòåðü â êâàðöåâîì ñòåêëå
(óëüòðàôèîëåòîâîå è èíôðàêðàñíîå ïîãëîùåíèå), òàê è èç ïîòåðü, ñâÿçàííûõ ñ ïîãëîùåíèåì ñâåòà íà ïðèìåñÿõ. Ïðèìåñíûå öåíòðû, â çàâèñèìîñòè îò òèïà ïðèìåñè, ïîãëîùàþò ñâåò íà îïðåäåëåííûõ (ïðèñóùèõ äàííîé ïðèìåñè) äëèíàõ âîëí è ðàññåèâàþò ïîãëîùåííóþ ñâåòîâóþ ýíåðãèþ â âèäå äæîóëåâà òåïëà. Äàæå íè÷òîæíûå êîíöåíòðàöèè ïðèìåñåé ïðèâîäÿò ê ïîÿâëåíèþ ïèêîâ íà êðèâîé ïîòåðü, ðèñ. 2.7. Ñëåäóåò îòìåòèòü õàðàêòåðíûé ìàêñèìóì â ðàéîíå äëèíû âîëíû 1480 íì, êîòîðûé ñîîòâåòñòâóåò ïðèìåñÿì OH-. Ýòîò ïèê ïðèñóòñòâóåò âñåãäà. Îáëàñòü ñïåêòðà â ðàéîíå ýòîãî ïèêà ââèäó áîëüøèõ ïîòåðü ïðàêòè÷åñêè íå èñïîëüçóåòñÿ. Ñîáñòâåííûå ïîòåðè íà ïîãëîùåíèè ðàñòóò è ñòàíîâÿòñÿ çíà÷èìûìè â óëüòðàôèîëåòîâîé è èíôðàêðàñíîé îáëàñòÿõ. Ïðè äëèíå âîëíû èçëó÷åíèÿ âûøå 1,6 ìêì îáû÷íîå êâàðöåâîå ñòåêëî ñòàíîâèòñÿ íåïðîçðà÷íûì èç-çà ðîñòà ïîòåðü, ñâÿçàííûõ ñ èíôðàêðàñíûì ïîãëîùåíèåì, ðèñ. 2.7. Ïîòåðè íà ðàññåÿíèè α sct . Óæå ê 1970 ãîäó èçãîòàâëèâàåìîå îïòè÷åñêîå âîëîêíî ñòàíîâèòñÿ íàñòîëüêî ÷èñòûì (99,9999%), ÷òî íàëè÷èå ïðèìåñåé ïåðåñòàåò áûòü ãëàâåíñòâóþùèì ôàêòîðîì çàòóõàíèÿ â âîëîêíå. Íà äëèíå âîëíû 800 íì çàòóõàíèå ñîñòàâèëî 1,5 äÁ/êì. Äàëüíåéøåìó óìåíüøåíèþ çàòóõàíèÿ ïðåïÿòñòâóåò òàê íàçûâàåìîå ðýëååâñêîå ðàññåÿíèå ñâåòà. Ðýëååâñêîå ðàññåÿíèå âûçâàíî íàëè÷èåì íåîäíîðîäíîñòåé ìèêðîñêîïè÷åñêîãî ìàñøòàáà â âîëîêíå. Ñâåò, ïîïàäàÿ íà òàêèå íåîäíîðîäíîñòè, ðàññåèâàåòñÿ â ðàçíûõ íàïðàâëåíèÿõ.  ðåçóëüòàòå ÷àñòü åãî òåðÿåòñÿ â îáîëî÷êå. Ýòè íåîäíîðîäíîñòè íåèçáåæíî ïîÿâëÿþòñÿ âî âðåìÿ èçãîòîâëåíèÿ âîëîêíà. –4 Ïîòåðè íà ðýëååâñêîì ðàññåÿíèè çàâèñÿò îò äëèíû âîëíû ïî çàêîíó λ è ñèëüíåé ïðîÿâëÿþòñÿ â îáëàñòè êîðîòêèõ äëèí âîëí, ðèñ. 2.7.
1,0
Полные потери (эксперимент) 0,5
Потери (дБ/км)
0,3
0,2
Полные потери (оценка) Рэлеевское рассеяние
0,1
0,05
Ультрафиолетовое поглощение Потери на неоднородностях
0,03
0,02
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,8
2,0
Длина волны (мкм)
Ðèñ. 2.7. Ôàêòîðû, âëèÿþùèå íà çàòóõàíèå â îáëàñòè äëèíû âîëíû 1500 íì (ïî ìàòåðèàëàì ôèðìû Corning Optical Fiber, [7])
20
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Äëèíà âîëíû, íà êîòîðîé äîñòèãàåòñÿ íèæíèé ïðåäåë ñîáñòâåííîãî çàòóõàíèÿ ÷èñòîãî êâàðöåâîãî âîëîêíà, ñîñòàâëÿåò 1550 íì è îïðåäåëÿåòñÿ ðàçóìíûì êîìïðîìèññîì ìåæäó ïîòåðÿìè âñëåäñòâèå ðýëååâñêîãî ðàññåÿíèÿ è èíôðàêðàñíîãî ïîãëîùåíèÿ. Âíóòðåííèå ïîòåðè õîðîøî èíòåðïîëèðóþòñÿ ôîðìóëîé: ãäå
δ OH (λ) îòðàæàåò
α = K rel λ−4 + δ OH (λ ) + Ce − k λ ,
ïèê ïîãëîùåíèÿ íà ïðèìåñÿõ OH ñ ìàêñèìóìîì ïðè 1480 íì, à ïåðâîå è
ïîñëåäíåå ñëàãàåìûå ñîîòâåòñòâóþò ðýëååâñêîìó ðàññåÿíèþ è èíôðàêðàñíîìó ïîãëîùåíèþ ñîîòâåòñòâåííî ( K rel = 0,8 ìêì4⋅äÁ/êì; C = 0,9 äÁ/êì; k = 0,7-0,9 ìêì; äàííûå ïðèâåäåíû äëÿ
Затухание, дБ/км
êâàðöà). Íà ðèñ. 2.8 ïðèâîäèòñÿ îáùèé âèä ñïåêòðàëüíîé çàâèñèìîñòè ñîáñòâåííûõ ïîòåðü ñ óêàçàíèåì õàðàêòåðíûõ çíà÷åíèé ÷åòûðåõ îñíîâíûõ ïàðàìåòðîâ (ìèíèìóìîâ çàòóõàíèÿ â òðåõ îêíàõ ïðîçðà÷íîñòè 850, 1300 è1550 íì, è ïèêà ïîãëîùåíèÿ íà äëèíå âîëíû 1480 íì) äëÿ ñîâðåìåííûõ îäíîìîäîâûõ è ìíîãîìîäîâûõ âîëîêîí.
1,8
2,8
0,55
1,0
0,35 0,20
0,8 0,6 800
SMF
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
Длина волны, λ (нм)
MMF
Ðèñ. 2.8. Ñîáñòâåííûå ïîòåðè â îïòè÷åñêîì âîëîêíå
Êàáåëüíûå (ðàäèàöèîííûå) ïîòåðè
α rad
îáóñëîâëåíû ñêðóòêîé, äåôîðìàöèÿìè è èçãè-
áàìè âîëîêîí, âîçíèêàþùèìè ïðè íàëîæåíèè ïîêðûòèé è çàùèòíûõ îáîëî÷åê, ïðîèçâîäñòâà êàáåëÿ, à òàê æå â ïðîöåññå èíñòàëëÿöèè ÂÎÊ. Ïðè ñîáëþäåíèè ÒÓ íà ïðîêëàäêó êàáåëÿ íîìèíàëüíûé âêëàä ñî ñòîðîíû ðàäèàöèîííûõ ïîòåðü ñîñòàâëÿåò íå áîëüøå 20% îò ïîëíîãî çàòóõàíèÿ. Äîïîëíèòåëüíûå ðàäèàöèîííûå ïîòåðè ïîÿâëÿþòñÿ, åñëè ðàäèóñ èçãèáà êàáåëÿ ñòàíîâèòñÿ ìåíüøå ìèíèìàëüíîãî ðàäèóñà èçãèáà, óêàçàííîãî â ñïåöèôèêàöèè íà ÂÎÊ.
Ïîòåíöèàëüíûå ðåñóðñû âîëîêíà è âîëíîâîå óïëîòíåíèå Íå ïðèíèìàÿ âî âíèìàíèå äèñïåðñèþ, òî åñòü èñêàæåíèå ñèãíàëà ïî ìåðå ðàñïðîñòðàíåíèÿ ïî âîëîêíó, ðàññìîòðèì ñíà÷àëà ïîòåíöèàëüíûå âîçìîæíîñòè âîëîêíà. Äëèíà âîëíû è ÷àñòîòà ñâåòîâîãî èçëó÷åíèÿ ñâÿçàíû ìåæäó ñîáîé ôîðìóëîé ν = c λ , ãäå
c
– ñêîðîñòü ñâåòà ( 3 ⋅ 10
äîâàòåëüíî, îêíó
8
∆λ âîêðóã λ 0
ì/ñ). Äèôôåðåíöèðóÿ ïî ñîîòâåòñòâóåò îêíî
∆ν ,
λ,
ïîëó÷àåì
dν dλ = − c λ2 ,
à ñëå-
êîòîðîå îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå:
∆ν = c ⋅ ∆λ λ20 . Åñëè λ 0 = 1300 íì è ∆λ = 200 íì, òî ∆ν ≈ 35 ÒÃö ( 35 ⋅ 1012 Ãö) , åñëè æå λ 0 = 1550 íì è ∆λ = 200 íì, òî ∆ν ≈ 25 ÒÃö. Íàèáîëåå ïîäõîäÿùèì ñ òî÷êè çðåíèÿ ìàãèñòðàëüíûõ ïðîòÿæåííûõ ñåòåé ÿâëÿåòñÿ îêíî 1550 íì, ïîñêîëüêó â ýòîì îêíå äîñòèãàåòñÿ ìèíèìàëüíîå çàòóõàíèå ñèãíàëà äî 0,2 äÁ/êì, ðèñ. 2.8. Íåñìîòðÿ íà òàêèå áîëüøèå ðåñóðñû âîëîêíà, ðåàëèçîâàòü ïåðåäà÷ó íà ñêîðîñòè 25 Òáèò/c â íàñòîÿùåå âðåìÿ íåâîçìîæíî, ïîñêîëüêó ñîîòâåòñòâóþùàÿ ÷àñòîòà ìîäóëÿöèè ïîêà íå äîñòèæèìà. Îäíàêî åñòü äðóãîå î÷åíü ýôôåêòèâíîå ðåøåíèå, èäåÿ êîòîðîãî çàêëþ÷àåòñÿ â ðàçäåëåíèè âñåé ïîëîñû íà êàíàëû ìåíüøåé åìêîñòè. Êàæäûé èç òàêèõ êàíàëîâ ìîæíî èñïîëüçîâàòü ïîä îòäåëüíîå ïðèëîæåíèå. Ýòà òåõíîëîãèÿ èç-
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
21
âåñòíà êàê âîëíîâîå óïëîòíåíèå èëè âîëíîâîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå – WDM. Òåõíîëîãèÿ WDM ïîçâîëÿåò óâåëè÷èòü ïðîïóñêíóþ ñïîñîáíîñòü âîëîêíà íå çà ñ÷åò óâåëè÷åíèÿ ÷àñòîòû ìîäóëÿöèè (ïðè íàëè÷èè îäíîé ïåðåäàþùåé äëèíû âîëíû – îäíîé íåñóùåé), à çà ñ÷åò äîáàâëåíèÿ íîâûõ äëèí âîëí (íîâûõ íåñóùèõ). Åäèíñòâåííîå óñëîâèå, êîòîðîå íåîáõîäèìî âûïîëíèòü – ýòî èñêëþ÷åíèå ïåðåêðûòèé ìåæäó ñïåêòðàëüíûìè êàíàëàìè. Èíòåðâàë ìåæäó ñîñåäíèìè äëèíàìè âîëí äîëæåí áûòü áîëüøå øèðèíû ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ. Ñîâðåìåííûå îäíîìîäîâûå ëàçåðû ñ ðàñïðåäåëåííûì áðýããîâñêèì îòðàæåíèåì – DBR ëàçåðû – äàþò ñïåêòðàëüíóþ ïîëîñó ìåíüøå 0,1 íì. Òàê, ïðè èíòåðâàëå 0,8 íì ìåæäó ñîñåäíèìè äëèíàìè âîëí â îêíå 15301560 íì, ñîîòâåòñòâóþùåì ðàáî÷åé îáëàñòè îïòè÷åñêîãî óñèëèòåëÿ EDFA, ìîæåò ðàçìåñòèòüñÿ îêîëî 40 äëèí âîëí – 40 êàíàëîâ. Ïðè÷åì ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ íà êàæäûé êàíàë äîñòèãàåò 10 Ãáèò/ñ è áîëåå [8]. Òåõíè÷åñêè ðåàëèçîâàíû îïòè÷åñêèå ïåðåäàò÷èêè íà îñíîâå âðåìåííîãî ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ – TDM, ñïîñîáíûå ââîäèòü â âîëîêíî îïòè÷åñêèé TDM ñèãíàë ñ ÷àñòîòîé 100 ÃÃö â ðàñ÷åòå íà îäèí êàíàë, â ðåçóëüòàò ÷åãî ïîëíàÿ åìêîñòü îäíîãî âîëîêíà ñîñòàâëÿåò 4 Òáèò/ñ (ïðè 40 êàíàëàõ âîëíîâîãî óïëîòíåíèÿ) [9]. Íî ïåðåäàòü òàêîé ñèãíàë íà áîëüøèå ðàññòîÿíèÿ íå ïðîñòî. Îäíèì èç ãëàâíûõ ôàêòîðîâ, ïðåïÿòñòâóþùèõ ýòîìó, ÿâëÿåòñÿ äèñïåðñèÿ.
Äèñïåðñèÿ è ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ Ïî îïòè÷åñêîìó âîëîêíó ïåðåäàåòñÿ íå ïðîñòî ñâåòîâàÿ ýíåðãèÿ, íî òàêæå ïîëåçíûé èíôîðìàöèîííûé ñèãíàë. Èìïóëüñû ñâåòà, ïîñëåäîâàòåëüíîñòü êîòîðûõ îïðåäåëÿåò èíôîðìàöèîííûé ïîòîê, â ïðîöåññå ðàñïðîñòðàíåíèÿ ðàñïëûâàþòñÿ. Ïðè äîñòàòî÷íî áîëüøîì óøèðåíèè èìïóëüñû íà÷èíàþò ïåðåêðûâàòüñÿ, òàê ÷òî ñòàíîâèòñÿ íåâîçìîæíûì èõ âûäåëåíèå ïðè ïðèåìå. Äèñïåðñèÿ1 – óøèðåíèå èìïóëüñîâ – èìååò ðàçìåðíîñòü âðåìåíè è îïðåäåëÿåòñÿ êàê êâàäðàòè÷íàÿ ðàçíîñòü äëèòåëüíîñòåé èìïóëüñîâ íà âûõîäå è âõîäå êàáåëÿ äëèíû L ïî ôîðìóëå
2 τ(L ) = t out − t in2
[10]. Îáû÷íî äèñïåðñèÿ íîðìèðóåòñÿ â ðàñ÷åòå íà 1 êì, è èçìåðÿåòñÿ
â ïñ/êì. Äèñïåðñèÿ â îáùåì ñëó÷àå õàðàêòåðèçóåòñÿ òðåìÿ îñíîâíûìè ôàêòîðàìè, ðàññìàòðèâàåìûìè íèæå: •
ðàçëè÷èåì ñêîðîñòåé ðàñïðîñòðàíåíèÿ íàïðàâëÿåìûõ ìîä (ìåæìîäîâîé äèñïåðñèåé τmod),
•
íàïðàâëÿþùèìè ñâîéñòâàìè ñâåòîâîäíîé ñòðóêòóðû (âîëíîâîäíîé äèñïåðñèåé τw),
•
ñâîéñòâàìè ìàòåðèàëà îïòè÷åñêîãî âîëîêíà (ìàòåðèàëüíîé äèñïåðñèåé τmat).
Дисперсия
Межмодовая
τmod
Хроматическая
Материальная
τ mat
τchr Волноводная
τw
Ðèñ. 2.9. Âèäû äèñïåðñèè
×åì ìåíüøå çíà÷åíèå äèñïåðñèè, òåì áîëüøèé ïîòîê èíôîðìàöèè ìîæíî ïåðåäàòü ïî âîëîêíó. Ðåçóëüòèðóþùàÿ äèñïåðñèÿ τ îïðåäåëÿåòñÿ èç ôîðìóëû:
τ 2 = τ 2mod + τ chr 2 = τ 2mod + (τ mat + τ w )2 .
(2-13)
1
 áîëåå óçêîì ñìûñëå â îïòèêå ïîä ýòèì òåðìèíîì ïîíèìàåòñÿ çàâèñèìîñòü ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ âåùåñòâà îò ÷àñòîòû ñâåòîâîé âîëíû.
22
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Ìåæìîäîâàÿ äèñïåðñèÿ Ìåæìîäîâàÿ äèñïåðñèÿ âîçíèêàåò âñëåäñòâèå ðàçëè÷íîé ñêîðîñòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ ó ìîä, è èìååò ìåñòî òîëüêî â ìíîãîìîäîâîì âîëîêíå (ðèñ. 2.3 à, á). Äëÿ ñòóïåí÷àòîãî ìíîãîìîäîâîãî âîëîêíà è ãðàäèåíòíîãî ìíîãîìîäîâîãî âîëîêíà ñ ïàðàáîëè÷åñêèì ïðîôèëåì ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ (2-9) åå ìîæíî âû÷èñëèòü ñîîòâåòñòâåííî ïî ôîðìóëàì:
n 1∆2 n 1∆ L, L < Lc L , L < L c c 2 c , τ mod grad ( L) ⋅ L = , τ mod step (L) ⋅ L = 2 n∆ 1 n 1∆ L ⋅ L , L > L L ⋅ Lc , L > Lc c c 2c c
(2-14) / (2-15)
ãäå Lc – äëèíà ìåæìîäîâîé ñâÿçè (äëÿ ñòóïåí÷àòîãî âîëîêíà ïîðÿäêà 5 êì, äëÿ ãðàäèåíòíîãî – ïîðÿäêà 10 êì). Èçìåíåíèå çàêîíà äèñïåðñèè ñ ëèíåéíîãî íà êâàäðàòè÷íûé ñâÿçàíî ñ íåîäíîðîäíîñòÿìè, êîòîðûå åñòü â ðåàëüíîì âîëîêíå. Ýòè íåîäíîðîäíîñòè ïðèâîäÿò ê âçàèìîäåéñòâèþ ìåæäó ìîäàìè, è ïåðåðàñïðåäåëåíèþ ýíåðãèè âíóòðè íèõ. Ïðè L > Lc íàñòóïàåò óñòàíîâèâøèéñÿ ðåæèì, êîãäà âñå ìîäû â îïðåäåëåííîé óñòàíîâèâøåéñÿ ïðîïîðöèè ïðèñóòñòâóþò â èçëó÷åíèè. Îáû÷íî äëèíû ëèíèé ñâÿçè ìåæäó àêòèâíûìè óñòðîéñòâàìè ïðè èñïîëüçîâàíèè ìíîãîìîäîâîãî âîëîêíà íå ïðåâîñõîäÿò 2 êì è çíà÷èòåëüíî ìåíüøå äëèíû ìåæìîäîâîé ñâÿçè. Ïîýòîìó ìîæíî ïîëüçîâàòüñÿ ëèíåéíûì çàêîíîì äèñïåðñèè. Âñëåäñòâèå êâàäðàòè÷íîé çàâèñèìîñòè îò ∆ çíà÷åíèÿ ìåæìîäîâîé äèñïåðñèè ó ãðàäèåíòíîãî âîëîêíà çíà÷èòåëüíî ìåíüøå, ÷åì ó ñòóïåí÷àòîãî, ÷òî äåëàåò áîëåå ïðåäïî÷òèòåëüíûì èñïîëüçîâàíèå ãðàäèåíòíîãî ìíîãîìîäîâîãî âîëîêíà â ëèíèÿõ ñâÿçè. Íà ïðàêòèêå, îñîáåííî ïðè îïèñàíèè ìíîãîìîäîâîãî âîëîêíà, ÷àùå ïîëüçóþòñÿ òåðìèíîì ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ. Ïðè ðàñ÷åòå ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ W ìîæíî âîñïîëüçîâàòüñÿ ôîðìóëîé [1]:
W = 0,44 τ .
(2-16)
Èçìåðÿåòñÿ ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ â ÌÃö⋅êì. Èç îïðåäåëåíèÿ ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ âèäíî, ÷òî äèñïåðñèÿ íàêëàäûâàåò îãðàíè÷åíèÿ íà äàëüíîñòü ïåðåäà÷è è âåðõíþþ ÷àñòîòó ïåðåäàâàåìûõ ñèãíàëîâ. Ôèçè÷åñêèé ñìûñë W – ýòî ìàêñèìàëüíàÿ ÷àñòîòà (÷àñòîòà ìîäóëÿöèè) ïåðåäàâàåìîãî ñèãíàëà ïðè äëèíå ëèíèè 1 êì. Åñëè äèñïåðñèÿ ëèíåéíî ðàñòåò ñ ðîñòîì ðàññòîÿíèÿ, òî ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ çàâèñèò îò ðàññòîÿíèÿ îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíî.
Õðîìàòè÷åñêàÿ äèñïåðñèÿ Õðîìàòè÷åñêàÿ äèñïåðñèÿ ñîñòîèò èç ìàòåðèàëüíîé è âîëíîâîäíîé ñîñòàâëÿþùèõ è èìååò ìåñòî ïðè ðàñïðîñòðàíåíèè êàê â îäíîìîäîâîì, òàê è â ìíîãîìîäîâîì âîëîêíå. Îäíàêî íàèáîëåå îò÷åòëèâî îíà ïðîÿâëÿåòñÿ â îäíîìîäîâîì âîëîêíå èç-çà îòñóòñòâèÿ ìåæìîäîâîé äèñïåðñèè. Ìàòåðèàëüíàÿ äèñïåðñèÿ îáóñëîâëåíà çàâèñèìîñòüþ ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ âîëîêíà îò äëèíû âîëíû.  âûðàæåíèå äëÿ äèñïåðñèè îäíîìîäîâîãî âîëîêíà âõîäèò äèôôåðåíöèàëüíàÿ çàâèñèìîñòü ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ îò äëèíû âîëíû:
τ mat (∆λ, L) = ∆λ ⋅ L ⋅
λ d 2 n1 = ∆λ ⋅ L ⋅ M (λ) . c dλ2
(2-17)
Âîëíîâîäíàÿ äèñïåðñèÿ îáóñëîâëåíà çàâèñèìîñòüþ êîýôôèöèåíòà ðàñïðîñòðàíåíèÿ ìîäû îò äëèíû âîëíû [1]:
τ w (∆λ, L) = ∆λ ⋅ L ⋅ 2n 12 ∆ cλ = ∆λ ⋅ L ⋅ N(λ ) , ãäå ââåäåíû êîýôôèöèåíòû
M (λ )
è
N (λ )
(2-18)
– óäåëüíûå ìàòåðèàëüíàÿ è âîëíîâîäíàÿ äèñïåð-
ñèè ñîîòâåòñòâåííî, à ∆λ (íì) – óøèðåíèå äëèíû âîëíû âñëåäñòâèå íåêîãåðåíòíîñòè èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ. Ðåçóëüòèðóþùåå çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà óäåëüíîé õðîìàòè÷åñêîé äèñïåðñèè îïðåäåëÿåòñÿ êàê D(λ ) = M (λ ) + N (λ ) . Óäåëüíàÿ äèñïåðñèÿ èìååò ðàçìåðíîñòü ïñ/(íì⋅êì). Åñëè êîýôôèöèåíò âîëíîâîäíîé äèñïåðñèè âñåãäà áîëüøå íóëÿ, òî êîýôôèöèåíò ìàòåðèàëüÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
23
íîé äèñïåðñèè ìîæåò áûòü êàê ïîëîæèòåëüíûì, òàê è îòðèöàòåëüíûì. È çäåñü âàæíûì ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ïðè îïðåäåëåííîé äëèíå âîëíû (ïðèìåðíî 1310 ± 10 íì äëÿ ñòóïåí÷àòîãî îäíîìîäîâîãî âîëîêíà) ïðîèñõîäèò âçàèìíàÿ êîìïåíñàöèÿ M(λ) è B(λ), à ðåçóëüòèðóþùàÿ äèñïåðñèÿ D(λ ) îáðàùàåòñÿ â íîëü. Äëèíà âîëíû, ïðè êîòîðîé ýòî ïðîèñõîäèò, íàçûâàåòñÿ äëèíîé âîëíû íóëåâîé äèñïåðñèè
λ0 .
Îáû÷íî óêàçûâàåòñÿ íåêîòîðûé äèàïàçîí äëèí âîëí, â ïðå-
äåëàõ êîòîðûõ ìîæåò âàðüèðîâàòüñÿ λ0 äëÿ äàííîãî êîíêðåòíîãî âîëîêíà. Ôèðìà Corning èñïîëüçóåò ñëåäóþùèé ìåòîä îïðåäåëåíèÿ óäåëüíîé õðîìàòè÷åñêîé äèñïåðñèè. Èçìåðÿþòñÿ çàäåðæêè ïî âðåìåíè ïðè ðàñïðîñòðàíåíèè êîðîòêèõ èìïóëüñîâ ñâåòà â âîëîêíå äëèíîé íå ìåíüøå 1 êì. Ïîñëå ïîëó÷åíèÿ âûáîðêè äàííûõ äëÿ íåñêîëüêèõ äëèí âîëí èç äèàïàçîíà èíòåðïîëÿöèè (800-1600 íì äëÿ MMF, 1200-1600 íì äëÿ SF è DSF) äåëàåòñÿ ïîâòîðíàÿ âûáîðêà èçìåðåíèÿ çàäåðæåê íà òåõ æå äëèíàõ âîëí, íî òîëüêî íà êîðîòêîì ýòàëîííîì âîëîêíå (äëèíà 2 ì). Âðåìåíà çàäåðæåê, ïîëó÷åííûõ íà íåì, âû÷èòàþòñÿ èç ñîîòâåòñòâóþùèõ âðåìåí, ïîëó÷åííûõ íà äëèííîì âîëîêíå. Äëÿ îäíîìîäîâîãî ñòóïåí÷àòîãî è ìíîãîìîäîâîãî ãðàäèåíòíîãî âîëîêíà èñïîëüçóåòñÿ ýìïèðè÷åñêàÿ ôîðìóëà Ñåëìåéåðà (Sellmeier, [4]):
τ(λ ) = A + Bλ2 + Cλ−2 .
Êîýôôèöèåíòû
A, B, C ÿâëÿþòñÿ ïîäãîíî÷íûìè, è âûáèðàþòñÿ òàê, ÷òîáû ýêñïåðèìåíòàëüíûå òî÷êè ëó÷øå ëîæèëèñü íà êðèâóþ τ(λ ), ðèñ. 2.10. Òîãäà óäåëüíàÿ õðîìàòè÷åñêàÿ äèñïåðñèÿ âû÷èñëÿåòñÿ ïî
(
)
(
)
D(λ ) = ∂τ ∂λ = 2 Bλ − Cλ−3 = S0 λ − λ40 λ3 4 , – äëèíà âîëíû íóëåâîé äèñïåðñèè, íîâûé ïàðàìåòð ïñ/(íì2⋅êì),
50
10
D 0
5
τ 0
-5
a)
100
-50 -100
800
1000 1200 1400 Длина волны (нм)
-150 1600
λ
100
τ
10
50 D
0
5 -50 0
-5
-100
800
1000 1200 1400 Длина волны (нм)
б)
S 0 = 8B
– íàêëîí íóëå-
– ðàáî÷àÿ äëèíà âîëíû, äëÿ êîòîðîé îïðåäåëÿ-
15
Задержка (нс/км)
Задержка (нс/км)
15
Удельная хроматическая дисперсия (пс/нм .км)
à âîé äèñïåðñèè (ðàçìåðíîñòü åòñÿ óäåëüíàÿ õðîìàòè÷åñêàÿ äèñïåðñèÿ.
-150 1600
5
Задержка (нс/км)
14
Удельная хроматическая дисперсия (пс/нм .км)
λ 0 = (C B)
ãäå
(2-19)
50
D 0
0
τ -50
-5 1200
в)
1300 1400 1400 Длина волны (нм)
-100 1600
Удельная хроматическая дисперсия (пс/нм .км)
ôîðìóëå:
Ðèñ. 2.10. Êðèâûå âðåìåííûõ çàäåðæåê è óäåëüíûõ õðîìàòè÷åñêèõ äèñïåðñèé äëÿ: à) ìíîãîìîäîâîãî ãðàäèåíòíîãî âîëîêíà (62,5/125); á) îäíîìîäîâîãî ñòóïåí÷àòîãî âîëîêíà (SF); â) îäíîìîäîâîãî âîëîêíà ñî ñìåùåííîé äèñïåðñèåé (DSF)
Äëÿ âîëîêíà ñî ñìåùåííîé äèñïåðñèåé ýìïèðè÷åñêàÿ ôîðìóëà âðåìåííûõ çàäåðæåê çàïèñûâàåòñÿ â âèäå τ(λ ) = A + Bλ + Cλ ln λ , à ñîîòâåòñòâóþùàÿ óäåëüíàÿ äèñïåðñèÿ îïðåäåëÿåòñÿ êàê
D(λ) = ∂τ ∂λ = B + C + C ln λ = λ 0S0 ln(λ λ 0 ) , ñî çíà÷åíèÿìè ïàðàìåòðîâ
λ0 = e
íà âîëíû íóëåâîé äèñïåðñèè, è
S0
(
− 1+ B
C
)
è
S0 = C λ 0 ,
ãäå
λ
(2-19)
– ðàáî÷àÿ äëèíà âîëíû,
λ0
– äëè-
– íàêëîí íóëåâîé äèñïåðñèè.
Õðîìàòè÷åñêàÿ äèñïåðñèÿ ñâÿçàíà ñ óäåëüíîé õðîìàòè÷åñêîé äèñïåðñèåé ïðîñòûì ñîîòíîøåíèåì τ chr (λ ) = D(λ ) ⋅ ∆λ , ãäå ∆λ – øèðèíà ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ èñòî÷íèêà. Ê óìåíüøåíèþ õðîìàòè÷åñêîé äèñïåðñèè âåäåò èñïîëüçîâàíèå áîëåå êîãåðåíòíûõ èñòî÷íèêîâ èçëó÷å-
24
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
íèÿ, íàïðèìåð ëàçåðíûõ ïåðåäàò÷èêîâ ( ∆λ ≅ 2 íì), è èñïîëüçîâàíèå ðàáî÷åé äëèíû âîëíû áîëåå áëèçêîé ê äëèíå âîëíû íóëåâîé äèñïåðñèè.  òàáë. 2.4 ïðåäñòàâëåíû äèñïåðñèîííûå ñâîéñòâà ðàçëè÷íûõ îïòè÷åñêèõ âîëîêîí.
Òàáëèöà 2.4. Äèñïåðñèÿ îïòè÷åñêèõ ñèãíàëîâ â ðàçëè÷íûõ îïòè÷åñêèõ âîëîêíàõ Òèï âîëîêíà
λ, íì
Ìåæìîäîâàÿ äèñïåðñèÿ, ïñ/êì
τ mod 414
1)
Óäåëüíàÿ õðîìàòè÷åñêàÿ äèñïåðñèÿ, ïñ/(íì⋅êì)
D(λ ) 3)
/τ
2
= τ 2mod + (∆λ ⋅ D(λ) )
2
/
∆λ= 2 íì
∆λ= 4 íì
∆λ= 35 íì
958
766
125
MMF
850
50/125
1310
414
1,0
1062
1062
1050
1550
414
19,2
1058
1044
540
441
414
114
973
2)
99,6
Ðåçóëüòèðóþùàÿ óäåëüíàÿ ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ, ÌÃö⋅êì, W = 0,44 τ
4)
MMF
850
106,7
62,5/125
1310
973
4,2
452
452
450
1550
973
17,3
451
450
384
SF
1310
0
> 120000
61000
6900
8/125
1550
0
12600
6300
720
DSF
1310
0
10400
5200
594
8/125
1550
0
> 120000
65000
7400
5)
< 1,8 17,5 21,2
6)
< 1,7
– íà îñíîâå ôîðìóëû (2-14), ∆=0,013, n1=1,47 – íà îñíîâå ôîðìóëû (2-14), ∆=0,02, n1=1,46 3) – íà îñíîâå ôîðìóëû (2-19), λ =1297÷1316 íì, S ≤0,101 ïñ/(íì2⋅êì) 0 0 4) – íà îñíîâå ôîðìóëû (2-19), λ =1322÷1354 íì, S ≤0,097 ïñ/(íì2⋅êì) 0 0 5) – íà îñíîâå ôîðìóëû (2-19), λ =1301,5÷1321,5 íì, S ≤0,092 ïñ/(íì2⋅êì) 0 0 6) – íà îñíîâå ôîðìóëû (2-19), λ =1535÷1565 íì, S ≤0,085 ïñ/(íì2⋅êì) 0 0 Òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè âçÿòû ó âîëîêîí, ïðîèçâîäèìûõ ôèðìîé Corning. 1)
2)
Äëÿ òîãî, ÷òîáû ïðè ïåðåäà÷å ñèãíàëà ñîõðàíÿëîñü åãî ïðèåìëåìîå êà÷åñòâî – ñîîòíîøåíèå ñèãíàë/øóì áûëî íå íèæå îïðåäåëåííîãî çíà÷åíèÿ – íåîáõîäèìî, ÷òîáû ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ âîëîêíà íà äëèíå âîëíû ïåðåäà÷è ïðåâîñõîäèëà ÷àñòîòó ìîäóëÿöèè. Íèæå ïðèâîäÿòñÿ ïðèìåðû ðàñ÷åòà äîïóñòèìîé äëèíû ñåãìåíòà ñ èñïîëüçîâàíèåì òàáë. 2.4. Ïðèìåð 2.1. Ñòàíäàðò Ethernet äëÿ ìíîãîìîäîâîãî âîëîêíà. Îïòè÷åñêèé èíòåðôåéñ 10Base-FL ïðåäïîëàãàåò ìàí÷åñòåðñêîå êîäèðîâàíèå ñ ÷àñòîòîé ìîäóëÿöèè 20 ÌÃö. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ñâåòîäèîäîâ ñ ∆λ = 35 íì (850 íì) óäåëüíàÿ ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ äëÿ âîëîêíà 50/125 ñîñòàâëÿåò 125 ÌÃö⋅êì è ïðè äëèíå îïòè÷åñêîãî ñåãìåíòà 4 êì áóäåò 31 ÌÃö, ÷òî áîëüøå 20 ÌÃö. Òî åñòü, ñ òî÷êè çðåíèÿ äèñïåðñèè, ïðîòÿæåííîñòü â 4 êì ÿâëÿåòñÿ äîïóñòèìîé ïðè óêàçàííîé õàðàêòåðèñòèêå îïòè÷åñêîãî ïåðåäàò÷èêà è ïðè äàííîì òèïå âîëîêíà. Îäíàêî ïî çàòóõàíèþ, êîòîðîå íà ýòîé äëèíå âîëíû ñîñòàâëÿåò 3 äÁ/êì, äèíàìè÷åñêîãî äèàïàçîíà ó ñòàíäàðòíûõ ïðèåìîïåðåäàò÷èêîâ íà ýòî ðàññòîÿíèå ìîæåò íå õâàòèòü. Ñòàíäàðòîì Ethernet 10Base-FL óñòàíîâëåíî äîïóñòèìîå ðàññòîÿíèå 2 êì ñ ó÷åòîì ìåíåå ñòðîãèõ òðåáîâàíèé êàê ê õàðàêòåðèñòèêàì êàáåëüíîé ñèñòåìû (íàïðèìåð âîëîêíî 62,5/125, íàëè÷èå íåñêîëüêèõ ñóõèõ ñîåäèíèòåëüíûõ ñòûêîâ), òàê è ê îïòè÷åñêèì ïðèåìîïåðåäàò÷èêàì – îïòè÷åñêèì òðàíñèâåðàì Ethernet (íàïðèìåð ∆λ= 50 íì ). Ïðèìåð 2.2. Ñòàíäàðò FDDI äëÿ ìíîãîìîäîâîãî âîëîêíà. Îïòè÷åñêèé èíòåðôåéñ FDDI PMD ïðåäïîëàãàåò êîäèðîâêó 4B/5B ñ ÷àñòîòîé ìîäóëÿöèè 125 ÌÃö. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ñâåòîäèîäîâ ñ ∆λ = 35 íì (1310 íì) óäåëüíàÿ ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ äëÿ âîëîêíà 62,5/125 ñîñòàâëÿåò 450 ÌÃö⋅êì, è ïðè äëèíå îïòè÷åñêîãî ñåãìåíòà 2 êì áóäåò 225 ÌÃö, ÷òî áîëüøå 125 ÌÃö, òî åñòü, ñ òî÷êè çðåíèÿ äèñïåðñèè, ïðîòÿæåííîñòü â 2 êì ÿâëÿåòñÿ äîïóñòèìîé, ÷òî íàõîäèòñÿ â ïîëíîì ñîîòâåòñòâèè ñî ñòàíäàðòîì FDDI PMD íà ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî. Ñëàáàÿ çàâèñèìîñòü ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ ìíîãîìîäîâîãî âîëîêíà (íàïðèìåð 62,5/125) îò ñïåêòðàëüíîé øèðèíû èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ, ðàáîòàþùåãî íà äëèíå âîëíû 1310 íì (450 ÌÃö⋅êì
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
25
ïðè ∆λ = 35 íì, è 452 ÌÃö⋅êì ïðè ∆λ = 2 íì), îáúÿñíÿåòñÿ íåçíà÷èòåëüíîé äîëåé õðîìàòè÷åñêîé äèñïåðñèè ïî ñðàâíåíèþ ñ ìåæìîäîâîé â ñèëó áëèçîñòè ðàáî÷åé äëèíû âîëíû ê äëèíå âîëíû íóëåâîé äèñïåðñèè. Òàêèì îáðàçîì, òåõíè÷åñêèå òðåáîâàíèÿ ê ñïåêòðàëüíîé ïîëîñå îïòè÷åñêèõ ïåðåäàò÷èêîâ äëÿ ðàáîòû ïî ìíîãîìîäîâîìó âîëîêíó íà äëèíå 1310 íì îáû÷íî ñëàáûå. Ïðèìåð 2.3. Ñòàíäàðò Fast Ethernet äëÿ îäíîìîäîâîãî âîëîêíà. Îïòè÷åñêèé èíòåðôåéñ 100Base-FX àíàëîãè÷íî FDDI ïðåäïîëàãàåò êîäèðîâêó 4B/5B ñ ÷àñòîòîé ìîäóëÿöèè 125 ÌÃö. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ëàçåðîâ ñ ∆λ = 2 íì (1310 íì) óäåëüíàÿ ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ äëÿ ñòóïåí÷àòîãî îäíîìîäîâîãî âîëîêíà 8/125 ñîñòàâëÿåò áîëåå 120000 ÌÃö⋅êì è ïðè äëèíå îïòè÷åñêîãî ñåãìåíòà 100 êì áóäåò 1200 ÌÃö, ÷òî áîëüøå 125 ÌÃö. Òî åñòü, ñ òî÷êè çðåíèÿ äèñïåðñèè, ïðîòÿæåííîñòü â 100 êì ÿâëÿåòñÿ äîïóñòèìîé, îäíàêî çäåñü óæå íà÷èíàåò ñêàçûâàòüñÿ çàòóõàíèå. Ïðè äèíàìè÷åñêîì äèàïàçîíå 25 äÁ ñ ó÷åòîì ïîòåðü íà ñóõèõ ñîåäèíåíèÿõ è ñâàðêàõ ïðè çàòóõàíèè â âîëîêíå 0,4 äÁ/êì ïîëó÷àåì ìàêñèìàëüíîå ðàññòîÿíèå 62,5 êì. Óìåíüøèòü ïîòåðè ìîæíî, åñëè ïåðåäàâàòü ñèãíàë íà äëèíå âîëíû 1550 íì. Ïî ïîòåðÿì ïðè ïðåæíåì äèíàìè÷åñêîì äèàïàçîíå 25 äÁ è ïðè óñëîâèè, ÷òî âîëîêíî èìååò çàòóõàíèå 0,25 äÁ/êì, ïîëó÷àåì ðàññòîÿíèå 100 êì. Ïî äèñïåðñèè ïðè èñïîëüçîâàíèè ëàçåðîâ ñ ∆λ = 2 íì (1310 íì) óäåëüíàÿ ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ äëÿ ñòóïåí÷àòîãî îäíîìîäîâîãî âîëîêíà 8/125 ñîñòàâëÿåò 12600 ÌÃö⋅êì.  èòîãå íà äèñòàíöèè 100 êì ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ áóäåò 126 ÌÃö, ÷òî ñðàâíèìî ñ ÷àñòîòîé ìîäóëÿöèè Fast Ethernet. Ýòî íå î÷åíü íàäåæíî. Ïðè ôèêñèðîâàííîé ñïåêòðàëüíîé ïîëîñå ∆λ = 2 íì çàòðóäíåíèÿ ìîæíî ñíÿòü, åñëè èñïîëüçîâàòü äëÿ ïåðåäà÷è âîëîêíî ñî ñìåùåííîé äèñïåðñèåé DSF. Åñëè æå êàáåëüíàÿ ñèñòåìà ïðåäñòàâëåíà èñêëþ÷èòåëüíî îäíîìîäîâûìè âîëîêíàìè ñî ñòóïåí÷àòûì ïðîôèëåì (SF), òî ñëåäóåò èñïîëüçîâàòü îïòè÷åñêèå ïåðåäàò÷èêè ñ áîëåå óçêîé ñïåêòðàëüíîé ïîëîñîé, íàïðèìåð ∆λ = 1 íì. Ïðèìåð 2.4. Ñòàíäàðò ATM 622 Ìáèò/c (STM-4) äëÿ îäíîìîäîâîãî âîëîêíà. Îïòè÷åñêèé èíòåðôåéñ ATM 622 Ìáèò/c èñïîëüçóåò êîäèðîâêó 8B/10B, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ÷àñòîòå ìîäóëÿöèè 778 ÌÃö. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ëàçåðà ñ ∆λ = 0,1 íì (1550 íì) óäåëüíàÿ ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ äëÿ ñòóïåí÷àòîãî îäíîìîäîâîãî âîëîêíà 8/125 ñîñòàâëÿåò 252000 ÌÃö⋅êì (12600 x 20) è ïðè äëèíå îïòè÷åñêîãî ñåãìåíòà 100 êì áóäåò 2520 ÌÃö, ÷òî çíà÷èòåëüíî áîëüøå 778 ÌÃö. Òî åñòü, ñ òî÷êè çðåíèÿ äèñïåðñèè, ïðè èñïîëüçîâàíèè ëàçåðà ñ ∆λ = 0,1 íì (1550 íì) ïðîòÿæåííîñòü â 100 êì ÿâëÿåòñÿ äîïóñòèìîé, äàæå åñëè ïðèìåíÿåòñÿ ñòàíäàðòíîå ñòóïåí÷àòîå âîëîêíî. Ïðèìåð 2.5. Ïåðåäà÷à ñóïåð-ñèãíàëà íà ÷àñòîòå 100 ÃÃö ïî îäíîìîäîâîìó âîëîêíó ñî ñìåùåííîé äèñïåðñèåé DSF. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ëàçåðîâ ñ ∆λ = 0,1 íì (1550 íì) óäåëüíàÿ ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ äëÿ DSF 8/125 ñîñòàâëÿåò áîëåå 2400 ÃÃö⋅êì (20 x 120000 ÌÃö⋅êì) è ïðè äëèíå îïòè÷åñêîãî ñåãìåíòà 20 êì áóäåò 120 ÃÃö, ÷òî íåçíà÷èòåëüíî ïðåâîñõîäèò 100 ÃÃö. Òî åñòü, ñ òî÷êè çðåíèÿ äèñïåðñèè, ïðîòÿæåííîñòü ñåãìåíòà â 20 êì íàõîäèòñÿ íà ãðàíè ïðåäåëüíîãî äîïóñòèìîãî ðàññòîÿíèÿ. Èìåííî ïîýòîìó îïòè÷åñêèå ñóïåð-ñåòè ñî ñêîðîñòüþ ïåðåäà÷è íà êàíàë 100 Ãáèò/ñ èìåþò îãðàíè÷åííûé ìàñøòàá, íàïðèìåð ìàñøòàá ãîðîäà.
Ïîëÿðèçàöèîííàÿ ìîäîâàÿ äèñïåðñèÿ Ïîëÿðèçàöèîííàÿ ìîäîâàÿ äèñïåðñèÿ
τ pmd
– âîçíèêàåò âñëåäñòâèå ðàçëè÷íîé ñêîðîñòè
ðàñïðîñòðàíåíèÿ äâóõ âçàèìíî ïåðïåíäèêóëÿðíûõ ïîëÿðèçàöèîííûõ ñîñòàâëÿþùèõ ìîäû. Êîýôôèöèåíò óäåëüíîé äèñïåðñèè Τ íîðìèðóåòñÿ â ðàñ÷åòå íà 1 êì è èìååò ðàçìåðíîñòü ( пс
км ),
à
τ pmd
ðàñòåò ñ ðîñòîì ðàññòîÿíèÿ ïî çàêîíó
ðåçóëüòèðóþùóþ äèñïåðñèþ ñëåäóåò äîáàâèòü ñëàãàåìîå íåáîëüøîé âåëè÷èíû
τ pmd
τ pmd = Τ ⋅ L . τ 2pmd â
Äëÿ ó÷åòà âêëàäà â
ïðàâóþ ÷àñòü (2-13). Èç-çà
ìîæåò ïðîÿâëÿòüñÿ èñêëþ÷èòåëüíî â îäíîìîäîâîì âîëîêíå, ïðè-
÷åì êîãäà èñïîëüçóåòñÿ ïåðåäà÷à øèðîêîïîëîñíîãî ñèãíàëà (ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ 2,4 Ãáèò/c è âûøå) ñ î÷åíü óçêîé ñïåêòðàëüíîé ïîëîñîé èçëó÷åíèÿ 0,1 íì è ìåíüøå.  ýòîì ñëó÷àå õðîìàòè÷åñêàÿ äèñïåðñèÿ ñòàíîâèòñÿ ñðàâíèìîé ñ ïîëÿðèçàöèîííîé ìîäîâîé äèñïåðñèåé.  îäíîìîäîâîì âîëîêíå â äåéñòâèòåëüíîñòè ìîæåò ðàñïðîñòðàíÿòüñÿ íå îäíà ìîäà, à äâå ôóíäàìåíòàëüíûå ìîäû – äâå ïåðïåíäèêóëÿðíûå ïîëÿðèçàöèè èñõîäíîãî ñèãíàëà.  èäåàëüíîì âîëîêíå, â êîòîðîì îòñóòñòâóþò íåîäíîðîäíîñòè ïî ãåîìåòðèè, äâå ìîäû ðàñïðîñòðàíÿëèñü áû ñ îäíîé è òîé æå ñêîðîñòüþ, ðèñ. 2.11 à. Îäíàêî íà ïðàêòèêå âîëîêíà èìåþò íå 26
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
èäåàëüíóþ ãåîìåòðèþ, ÷òî ïðèâîäèò ê ðàçëè÷íîé ñêîðîñòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ äâóõ ïîëÿðèçàöèîííûõ ñîñòàâëÿþùèõ ìîä, ðèñ. 2.11 á. Быстрая составляющая
а)
б) Медленная составляющая
PMD
Ðèñ. 2.11. Ïîÿâëåíèå ïîëÿðèçàöèîííîé ìîäîâîé äèñïåðñèè [11]
Èçáûòî÷íûé óðîâåíü
τ pmd ,
ïðîÿâëÿÿñü âìåñòå ñ ÷èðïèðîâàííûì2 ìîäóëèðîâàííûì ñèã-
íàëîì îò ëàçåðà, à òàêæå ïîëÿðèçàöèîííîé çàâèñèìîñòüþ ïîòåðü, ìîæåò ïðèâîäèòü ê âðåìåííûì êîëåáàíèÿì àìïëèòóäû àíàëîãîâîãî âèäåîñèãíàëà.  ðåçóëüòàòå óõóäøàåòñÿ êà÷åñòâî èçîáðàæåíèÿ, èëè ïîÿâëÿþòñÿ äèàãîíàëüíûå ïîëîñû íà òåëåâèçèîííîì ýêðàíå. Ïðè ïåðåäà÷å öèôðîâîãî ñèãíàëà âûñîêîé ïîëîñû (>2,4 Ãáèò/ñ) èç-çà íàëè÷èÿ τ pmd ìîæåò âîçðàñòàòü áèòîâàÿ ñêîðîñòü ïîÿâëåíèÿ îøèáîê. Ãëàâíîé ïðè÷èíîé âîçíèêíîâåíèÿ ïîëÿðèçàöèîííîé ìîäîâîé äèñïåðñèè ÿâëÿåòñÿ íåöèðêóëÿðíîñòü (îâàëüíîñòü) ïðîôèëÿ ñåðäöåâèíû îäíîìîäîâîãî âîëîêíà, âîçíèêàþùàÿ â ïðîöåññå èçãîòîâëåíèÿ èëè ýêñïëóàòàöèè âîëîêíà. Ïðè èçãîòîâëåíèè âîëîêíà òîëüêî ñòðîãèé êîíòðîëü ïîçâîëÿåò äîñòè÷ü íèçêèõ çíà÷åíèé ýòîãî ïàðàìåòðà. Ïðèìåð 2.6. Îöåíèòü ðàññòîÿíèå ìîäîâàÿ äèñïåðñèè
τ pmd
L 0 , ïðè êîòîðîì õðîìàòè÷åñêàÿ τ chr
ñðàâíèâàþòñÿ ïî âåëè÷èíå, åñëè êîýôôèöèåíò õðîìàòè÷åñêîé äèñïåð-
ñèè D = 2 ïñ/(íì⋅êì), êîýôôèöèåíò ïîëÿðèçàöèîííîé ìîäîâîé äèñïåðñèè ðèíà ñïåêòðàëüíîãî èçëó÷åíèÿ ∆λ = 0,05 íì. Ïðèðàâíèâàÿ âûðàæåíèÿ ëè ïðè
L > L0
è ïîëÿðèçàöèîííàÿ
τ сhr = D∆λL
è τ pmd
= T L,
íàõîäèì
Т= 0,5 пс/ км , à øè-
L 0 = (T D∆λ )2 =25 êì.
Åñ-
L < L 0,
íà-
ïîëÿðèçàöèîííîé ìîäîâîé äèñïåðñèåé ìîæíî ïðåíåáðå÷ü, òî ïðè
îáîðîò, åå ñëåäóåò ñòðîãî ó÷èòûâàòü. Ïðîáëåìà ïîëÿðèçàöèîííîé ìîäîâîé äèñïåðñèè âîçíèêàåò ïðè îáñóæäåíèè ïðîåêòîâ ïîñòðîåíèÿ ñóïåðìàãèñòðàëåé (>100 Ãáèò/c) ãîðîäñêîãî ìàñøòàáà. Ïðèìåð 2.7. Îöåíèòü ìàêñèìàëüíîå äîïóñòèìîå ðàññòîÿíèå îïòè÷åñêîãî ñåãìåíòà L max, íà êîòîðîå ìîæíî ïåðåäàòü îäíîêàíàëüíûé ñèãíàë ñ ÷àñòîòîé W = 100 ÃÃö áåç ðåòðàíñëÿöèè, èñõîäÿ èç îãðàíè÷åíèé, âíîñèìûõ ïîëÿðèçàöèîííîé ìîäîâîé äèñïåðñèåé, åñëè êîýôôèöèåíò ïîëÿðèçàöèîííîé ìîäîâîé äèñïåðñèè Íà
îñíîâàíèè
ñîîòíîøåíèÿ
(
(
(2-16)
L max = (0,44 WT )2 = 0,44 100 ⋅10 9 ⋅1 ⋅10 −12
))
2
Т= 1,0 пс/ км . ïîëó÷àåì: τ pmd = T L < 0,44 W .
≈ 19 км.
Ïðè
Т= 0,5 пс/ км
Îòñþäà
ðàññòîÿíèå âîç-
ðàñòàåò äî 77 êì. Âåäóùèå ôèðìû-ïðîèçâîäèòåëè âîëîêíà îáåñïå÷èâàþò âûõîäíîé ïàðàìåòð ïîëÿðèçàöèîííîé ìîäîâîé äèñïåðñèè íå âûøå 0,5. Îäíàêî, ñëåäóåò ó÷èòûâàòü, ÷òî ïîñëå èíñòàëëÿöèè êàáåëüíîé ñèñòåìû çíà÷åíèå ýòîãî ïàðàìåòðà âîçðàñòàåò.
2
×èðïèðîâàííàÿ ìîäóëÿöèÿ (òåõ.) - ýòî ìîäóëÿöèÿ, íåñòàáèëüíàÿ ïî àìïëèòóäå èëè ÷àñòîòå. Âûõîäíîé ñèãíàë ïðè òàêîé ìîäóëÿöèè ïðèíÿòî íàçûâàòü ÷èðïèðîâàííûì ìîäóëèðîâàííûì ñèãíàëîì (chirp-modulated signal).
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
27
2.3. Õàðàêòåðèñòèêè ïîñòàâëÿåìûõ âîëîêîí Ñðåäè ìíîæåñòâà ìèðîâûõ ïðîèçâîäèòåëåé îïòè÷åñêîãî âîëîêíà âûäåëÿþòñÿ òðè êðóïíåéøèõ: Corning Optical Fiber, Lucent Technologies è Alcoa Fujikura. Êðîìå òîãî, ñóùåñòâóþò ñîòíè ìåíåå êðóïíûõ ïðîèçâîäèòåëåé âîëîêíà. Âîëîêíà ïðîõîäÿò òåñòèðîâàíèå êàê íà ýòàïå ïðîèçâîäñòâà, òàê è ïîñëå èçãîòîâëåíèÿ. Îñíîâíûå èíäóñòðèàëüíî ïðèíÿòûå ìåòîäû òåñòèðîâàíèÿ, èñïîëüçóþùèåñÿ äëÿ îïðåäåëåíèÿ õàðàêòåðèñòèê ïðîèçâîäèìûõ âîëîêîí, ïðèâåäåíû â òàáë. 2.5.
Òàáëèöà 2.5. Îñíîâíûå ìåòîäû òåñòèðîâàíèÿ âîëîêîí [12] Ìåòîäèêà òåñòà EIA/TIA
Ïàðàìåòðû âîëîêíà Çàòóõàíèå
EIA/TIA-455-78
Ìåòîäèêà òåñòà IEC IEC 793-1-C1A èëè IEC 793-1-C1C
Òî÷êà ðàçðûâà
EIA/TIA-455-59
IEC 793-1-C1C
Çàòóõàíèå ïðè ìàêðîèçãèáå
EIA/TIA-455-62
IEC 793-1-C11
Êàáåëüíàÿ äëèíà îòñå÷êè
EIA/TIA-455-170
IEC 793-1-C7B
Õðîìàòè÷åñêàÿ äèñïåðñèÿ
EIA/TIA-455-175
IEC 793-1-C5C
Ïîëÿðèçàöèîííàÿ ìîäîâàÿ äèñïåðñèÿ
EIA/TIA-455-113÷122
*
Äèàìåòð ìîäîâîãî ïîëÿ
EIA/TIA-455-164 èëè
IEC 793-1-C9A èëè
EIA/TIA-455-167
IEC 793-1-C9B
Äèàìåòð îáîëî÷êè
EIA/TIA-455-176
IEC 793-1-A2
Íåöèðêóëÿðíîñòü îáîëî÷êè
EIA/TIA-455-176
IEC 793-1-A2
Îøèáêà êîíöåíòðè÷íîñòè ñåðäöåâèíà/îáîëî÷êà
EIA/TIA-455-176
IEC 793-1-A2
Ãåîìåòðèÿ ïîêðûòèÿ âîëîêíà
EIA/TIA-455-173
IEC 793-1-A3
Ñèëà î÷èñòêè âîëîêíà îò ïîêðûòèÿ
EIA/TIA-455-178
IEC 793-1-B6
Òåñò ïðîáà
EIA/TIA-455-31
IEC 793-1-B1
Ñèëà ðàñòÿæåíèÿ
EIA/TIA-455-28
IEC 793-1-B2A, B2B
Ñêðóòêà âîëîêíà
EIA/TIA-455-111
*
Äëèíà
EIA/TIA-455-60
IEC 793-1-C1C
Ðàáî÷èé äèàïàçîí òåìïåðàòóð
EIA/TIA-455-89
*
Öèêë òåìïåðàòóðû
EIA/TIA-455-3
IEC 793-1-D1
Öèêë òåìïåðàòóðû/âëàæíîñòè
EIA/TIA-455-72÷73
*
Ïîãðóæåíèå â æèäêîñòü
EIA/TIA-455-74÷75
*
Âûñîêîòåìïåðàòóðíîå ñòàðåíèå
EIA/TIA-455-67÷70
*
Äèíàìè÷åñêàÿ óñòàëîñòü
EIA/TIA-455-76
IEC 793-1-B7A
Ñòàòè÷åñêàÿ óñòàëîñòü
EIA/TIA-455-97
IEC 793-1-B7D
* Â íàñòîÿùåå âðåìÿ íåò ìåòîäèêè òåñòà IEC äëÿ ýòèõ ïàðàìåòðîâ
Ãðàäèåíòíîå ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî Øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ äâà ñòàíäàðòà ìíîãîìîäîâîãî ãðàäèåíòíîãî âîëîêíà – 62,5/125 è 50/125, îòëè÷àþùèåñÿ ïðîôèëåì ñåðäöåâèíû, ðèñ. 2.12 à. Ñîîòâåòñòâóþùèå ñïåêòðàëüíûå ïîòåðè äëÿ òèïè÷íûõ âîëîêîí ïîêàçàíû íà ðèñ. 2.12 á.  òàáë. 2.6 ïðèâåäåíû îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè ìíîãîìîäîâûõ ãðàäèåíòíûõ âîëîêîí äâóõ îñíîâíûõ ñòàíäàðòîâ 50/125 è 62,5/125. Îòìåòèì, ÷òî ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ íà äëèíå âîëíû 1300 íì ïðåâîñõîäèò ñîîòâåòñòâóþùåå çíà÷åíèå íà äëèíå âîëíû 850 íì. Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì. Äèñïåðñèÿ, êîòîðàÿ îïðåäåëÿåò ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ, ñîñòîèò èç ìåæìîäîâîé è õðîìàòè÷åñêîé ñîñòàâëÿþùèõ.
28
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
4,0
а)
50/125
3,5
2,5
62,5/125
2,0
50/125
Затухание, дБ/км
Относительный показатель преломления (%)
3,0
1,5 1,0 0,5
а)
а) b) c) d)
3,0 2,5 2,0 1,5
50/125
нм
дБ/км
850 1300 1380 1550
2,42 0,66 1,10 0,57
62,5/125 а) b) c) d)
62,5/125
нм
дБ/км
850 1300 1380 1550
2,72 0,52 0,92 0,29
c) b)
d)
1,0 50/125
0,0
0,5
-0,5 -60 -45 -30 -15 0 15 30 Радиус (мкм)
62,5/125 0,0 45
60
б)
800
1000
1200
1400
1600
Длина волны λ, нм
Ðèñ. 2.12. Ìíîãîìîäîâûå ãðàäèåíòíûå âîëîêíà: à) ïðîôèëè ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ âîëîêîí 50/125 è 62,5/125; á) õàðàêòåðíûå êðèâûå ñïåêòðàëüíûõ ïîòåðü ìîùíîñòè Òàáëèöà 2.6. Çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ ãðàäèåíòíûõ ìíîãîìîäîâûõ âîëîêîí Ãðàäèåíòíîå ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî
Ïàðàìåòðû
MMF 50/125
MMF 62,5/125
Íîìèíàëüíîå çàòóõàíèå íà äëèíå âîëíû 850 íì (äÁ/êì)
≤ 2,4
≤ 2,8
Íîìèíàëüíîå çàòóõàíèå íà äëèíå âîëíû 1300 íì (äÁ/êì)
≤ 0,5
≤ 0,6
Ìàêñèìàëüíîå çàòóõàíèå íà äëèíå âîëíû 850 íì (äÁ/êì)
≤ 2,5
≤ 3,0
Ìàêñèìàëüíîå çàòóõàíèå íà äëèíå âîëíû 1300 íì (äÁ/êì)
≤ 0,8
≤ 0,7
Ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ íà äëèíå âîëíû 850 íì (ÌÃö⋅êì)
≥ 400
≥ 200
Ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ íà äëèíå âîëíû 1300 íì (ÌÃö⋅êì)
≥ 800
≥ 400
1297–1316
1332–1354
≤ 0,101
≤ 0,097
50,0 ± 3,0
62,5 ± 3,0
0,200 ± 0,015
0,275 ± 0,015
–600C – +85 0C
–600C – +850C
≤ 0,2
≤ 0,2
Äëèíà âîëíû íóëåâîé äèñïåðñèè, Íàêëîí íóëåâîé äèñïåðñèè,
λ0
(íì)
S0 (ïñ/(íì2⋅êì))
d (ìêì) ×èñëîâàÿ àïåðòóðà, NA Äèàìåòð ñåðäöåâèíû,
Ðàáî÷èé äèàïàçîí òåìïåðàòóð Âíîñèìîå çàòóõàíèå â òåìïåðàòóðíûõ ïðåäåëàõ +850C íà äëèíàõ âîëí 850 íì è 1300 íì (äÁ/êì)
–600C
–
Âíîñèìîå çàòóõàíèå â òåìïåðàòóðíûõ ïðåäåëàõ –100C – +850C, âëàæíîñòè äî 98% íà äëèíàõ âîëí 850 íì è 1300 íì (äÁ/êì)
≤ 0,2
≤ 0,2
Ñòàíäàðòíàÿ äëèíà âîëîêíà, ïîñòàâëÿåìîãî íà êàòóøêå (ì)
1100–4400
1100–8800
Äèàìåòð îáîëî÷êè (ìêì)
125,0 ± 2,0
125,0 ± 2,0
≤ 3,0
≤ 3,0
245 ± 10
245 ± 10
≤ 5%
≤ 5%
≥ 0,7
≥ 0,7
Ýôôåêòèâíûé ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ neff íà äëèíå âîëíû 850 íì
1,4897
1,5014
Ýôôåêòèâíûé ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ neff íà äëèíå âîëíû 1300 íì
1,4856
1,4966
Ðàäèàëüíîå îòêëîíåíèå ñåðäöåâèíû îòíîñèòåëüíî îáîëî÷êè (ìêì) Äèàìåòð çàùèòíîãî ïîêðûòèÿ (ìêì) Îòêëîíåíèå ñåðäöåâèíû îò îêðóæíîñòè Òåñòîâîå óñèëèå íà ðàçðûâ
(Ãí/ì2)
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
29
Åñëè ìåæìîäîâàÿ äèñïåðñèÿ ñëàáî çàâèñèò îò äëèíû âîëíû – â ñîîòíîøåíèÿõ (2-14), (2-15) çàâèñèìîñòüþ ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ îò äëèíû âîëíû ìîæíî ïðåíåáðå÷ü, òî õðîìàòè÷åñêàÿ äèñïåðñèÿ ïðîïîðöèîíàëüíà øèðèíå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ. Êîýôôèöèåíò ïðîïîðöèîíàëüíîñòè D(λ) ïðè äëèíàõ âîëí â îêðåñòíîñòè 1300 íì (λ0) áëèçîê ê íóëþ, â òî âðåìÿ êàê íà äëèíå âîëíû 850 íì ïðèìåðíî ðàâåí 100 ïñ/(íì2⋅êì). Ñïåöèôèêà èñïîëüçîâàíèÿ ìíîãîìîäîâîãî âîëîêíà òàêîâà, ÷òî îáû÷íî â êà÷åñòâå ïåðåäàò÷èêîâ èñïîëüçóþòñÿ ñâåòîèçëó÷àþùèå äèîäû, èìåþùèå óøèðåíèÿ ñïåêòðàëüíîé ëèíèè èçëó÷åíèÿ áëàãîäàðÿ íåêîãåðåíòíîñòè èñòî÷íèêà ïðèìåðíî ∆λ ∼ 50 íì, â îòëè÷èè îò ëàçåðíûõ äèîäîâ ñ óøèðåíèåì ∆λ ∼ 2 íì è ìåíüøå. Ýòî ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî õðîìàòè÷åñêàÿ äèñïåðñèÿ íà äëèíå âîëíû 850 íì íà÷èíàåò èãðàòü ñóùåñòâåííóþ ðîëü íàðÿäó ñ ìåæìîäîâîé äèñïåðñèåé. Çíà÷èòåëüíî óìåíüøèòü õðîìàòè÷åñêóþ äèñïåðñèþ ìîæíî ïðè èñïîëüçîâàíèè ëàçåðíûõ ïåðåäàò÷èêîâ, èìåþùèõ çíà÷èòåëüíî ìåíüøåå ñïåêòðàëüíîå óøèðåíèå. Âîñïîëüçîâàòüñÿ ýòèì ïðåèìóùåñòâîì ëàçåðíûõ ïåðåäàò÷èêîâ ìîæíî òîëüêî ïðè èñïîëüçîâàíèè îäíîìîäîâîãî âîëîêíà â îêíàõ ïðîçðà÷íîñòè 1310 íì è 1550 íì, êîãäà ïîëíîñòüþ îòñóòñòâóåò ìåæìîäîâàÿ äèñïåðñèÿ è îñòàåòñÿ òîëüêî õðîìàòè÷åñêàÿ äèñïåðñèÿ.
Ôóíêöèîíàëüíûå ñâîéñòâà îäíîìîäîâûõ âîëîêîí Ñ òî÷êè çðåíèÿ äèñïåðñèè, ñóùåñòâóþùèå îäíîìîäîâûå âîëîêíà, êîòîðûå øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ â ñåòÿõ ñåãîäíÿ, ðàçáèâàþòñÿ íà òðè îñíîâíûõ òèïà: âîëîêíà ñ íåñìåùåííîé äèñïåðñèåé SF (ñòàíäàðòíûå âîëîêíà ñî ñòóïåí÷àòûì ïðîôèëåì, ðèñ. 2.13 à), âîëîêíà ñî ñìåùåííîé äèñïåðñèåé DSF (ðèñ. 2.13 á) è âîëîêíà ñ íåíóëåâîé ñìåùåííîé äèñïåðñèåé NZDSF. Âñå òðè òèïà âîëîêîí î÷åíü áëèçêè ïî çàòóõàíèþ â îêíàõ îäíîìîäîâîé ïåðåäà÷è 1310 è 1550 íì, íî îòëè÷àþòñÿ õàðàêòåðèñòèêàìè õðîìàòè÷åñêîé äèñïåðñèè. Ïîñêîëüêó äèñïåðñèÿ âëèÿåò íà ìàêñèìàëüíóþ äîïóñòèìóþ äëèíó áåçðåòðàíñëÿöèîííûõ ó÷àñòêîâ, òî íà ïåðâûé âçãëÿä, åñòåñòâåííî, âîçíèêàåò æåëàíèå âûáðàòü âîëîêíî ñ íàèìåíüøèì âîçìîæíûì çíà÷åíèåì äèñïåðñèè ïðèìåíèòåëüíî ê êîíêðåòíîé çàäà÷å, ê êîíêðåòíîé äëèíå âîëíû. Ýòî ñïðàâåäëèâî äëÿ ñëó÷àÿ ïåðåäà÷è îäíîé äëèíû âîëíû – îäíîêàíàëüíîé ïåðåäà÷è. Ìíîãîêàíàëüíîå âîëíîâîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå (WDM) â îêíå 1550 íì äèêòóåò èíîé ðàöèîíàëèçì. Èññëåäîâàíèÿ ïîêàçûâàþò, ÷òî, êîãäà äëèíà âîëíû íóëåâîé äèñïåðñèè ïîïàäàåò â çîíó ìóëüòèïëåêñíîãî ñèãíàëà, íà÷èíàþò ïðîÿâëÿòüñÿ íåæåëàòåëüíûå èíòåðôåðåíöèîííûå ýôôåêòû, ïðèâîäÿùèå ê áîëåå áûñòðîé äåãðàäàöèè ñèãíàëà. Ïîýòîìó ïîñòàâùèêè ñðåäñòâ ñâÿçè äîëæíû îò÷åòëèâî ïðåäñòàâëÿòü ñåáå ïðåèìóùåñòâà è íåäîñòàòêè êàæäîãî âîëîêíà â àñïåêòå ýâîëþöèè òðàäèöèîííûõ ñåòåé ê ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèì ñåòÿì [13]. 3,0
1,0 8,3/125 Стандартное одномодовое волокно
2,0
(ступенчатый профиль показателя преломления)
1,5
Одномодовое волокно со смещенной дисперсией
0,9 Относительный показатель преломления (%)
Относительный показатель преломления (%)
2,5
1,0 0,5 0,0
0,8 0,7 0,6
(спецпрофиль показателя преломления)
0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0
-0,5
-0,1 -25
а)
-15
-5 0 5 Радиус (мкм)
15
25
-25
б)
-15
-5 0 5 Радиус (мкм)
15
25
Ðèñ. 2.13. Ïðîôèëè ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûõ îäíîìîäîâûõ âîëîêîí: à) ñòóïåí÷àòîå îäíîìîäîâîå âîëîêíî (ñòàíäàðòíîå âîëîêíî); á) îäíîìîäîâîå âîëîêíî ñî ñìåùåííîé äèñïåðñèåé (âîëîêíî ñî ñïåöèàëüíûì ïðîôèëåì) Âîëîêíî SF.  íà÷àëå 80-õ ãîäîâ ïåðåäàò÷èêè íà äëèíó âîëíû 1550 íì èìåëè î÷åíü âûñîêóþ öåíó è íèçêóþ íàäåæíîñòü è íå ìîãëè êîíêóðèðîâàòü íà ðûíêå ñ ïåðåäàò÷èêàìè íà äëè30
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
íó âîëíû 1300 íì. Ïîýòîìó ñòàíäàðòíîå ñòóïåí÷àòîå âîëîêíî SF (ðèñ. 2.13 à) ñòàëî ïåðâûì êîììåð÷åñêèì âîëîêíîì è ñåé÷àñ íàèáîëåå øèðîêî ðàñïðîñòðàíåíî â òåëåêîììóíèêàöèîííûõ ñåòÿõ. Îíî îïòèìèçèðîâàíî ïî äèñïåðñèè äëÿ ðàáîòû â îêíå 1310 íì, õîòÿ è äàåò ìåíüøåå çàòóõàíèå â îêíå 1550 íì. Âîëîêíî DSF. Ïî ìåðå ñîâåðøåíñòâîâàíèÿ ñèñòåì ïåðåäà÷è íà äëèíå âîëíû 1550 íì âñòàåò çàäà÷à ðàçðàáîòêè âîëîêíà ñ äëèíîé âîëíû íóëåâîé äèñïåðñèè, ïîïàäàþùåé âíóòðü ýòîãî îêíà.  èòîãå â ñåðåäèíå 80-õ ãîäîâ ñîçäàåòñÿ âîëîêíî ñî ñìåùåííîé äèñïåðñèåé DSF, ïîëíîñòüþ îïòèìèçèðîâàííîå äëÿ ðàáîòû â îêíå 1550 íì êàê ïî çàòóõàíèþ, òàê è ïî äèñïåðñèè. Íà ïðîòÿæåíèè ìíîãèõ ëåò âîëîêíî DSF ñ÷èòàåòñÿ ñàìûì ïåðñïåêòèâíûì âîëîêíîì. Ñ ïðèõîäîì áîëåå íîâûõ òåõíîëîãèé ïåðåäà÷è ìóëüòèïëåêñíîãî îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà áîëüøóþ ðîëü íà÷èíàþò èãðàòü ýðáèåâûå îïòè÷åñêèå óñèëèòåëè òèïà EFDA, ñïîñîáíûå óñèëèâàòü ìíîãîêàíàëüíûé ñèãíàë. Ê ñîæàëåíèþ, áîëåå ïîçäíèå èññëåäîâàíèÿ (â íà÷àëå 90-õ ãîäîâ) ïîêàçûâàþò, ÷òî èìåííî äëèíà âîëíû íóëåâîé äèñïåðñèè (1550 íì), ïîïàäàþùàÿ âíóòðü ðàáî÷åãî äèàïàçîíà ýðáèåâîãî óñèëèòåëÿ, ÿâëÿåòñÿ ãëàâíûì ïîòåíöèàëüíûì èñòî÷íèêîì íåëèíåéíûõ ýôôåêòîâ (ïðåæäå âñåãî, ÷åòûðåõâîëíîâîãî ñìåøåíèÿ), êîòîðûå ïðîÿâëÿþòñÿ â ðåçêîì âîçðàñòàíèè øóìà ïðè ðàñïðîñòðàíåíèè ìíîãîêàíàëüíîãî ñèãíàëà. Äàëüíåéøèå èññëåäîâàíèÿ ïîäòâåðæäàþò îãðàíè÷åííûå âîçìîæíîñòè DSF ïðè èñïîëüçîâàíèè â ñèñòåìàõ WDM. ×òîáû èçáåæàòü íåëèíåéíûõ ýôôåêòîâ ïðè èñïîëüçîâàíèè DSF â WDM ñèñòåìàõ, ñëåäóåò ââîäèòü ñèãíàë ìåíüøåé ìîùíîñòè â âîëîêíî, óâåëè÷èâàòü ðàññòîÿíèå ìåæäó êàíàëàìè è èçáåãàòü ïåðåäà÷è ïàðíûõ êàíàëîâ (ñèììåòðè÷íûõ îòíîñèòåëüíî λ 0 ). ×åòûðåõâîëíîâîå ñìåøåíèå – ýòî ýôôåêò, ïðèâîäÿùèé ê ðàññåÿíèþ äâóõ âîëí ñ îáðàçîâàíèåì íîâûõ íåæåëàòåëüíûõ äëèí âîëí. Íîâûå âîëíû ìîãóò ïðèâîäèòü ê äåãðàäàöèè ðàñïðîñòðàíÿåìîãî îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà, èíòåðôåðèðóÿ ñ íèì, èëè ïåðåêà÷èâàòü ìîùíîñòü èç ïîëåçíîãî âîëíîâîãî êàíàëà. Èìåííî èç-çà ýôôåêòà ÷åòûðåõâîëíîâîãî ñìåøåíèÿ ñòàëî ÿñíî, ÷òî íåîáõîäèìî ðàçðàáîòàòü íîâûé òèï âîëîêíà, â êîòîðîì λ 0 ðàñïîëàãàëîñü áû âäàëè, òî åñòü, ïî îäíó ñòîðîíó (ëåâåå èëè ïðàâåå) îò âñåõ âîçìîæíûõ êàíàëîâ. Âîëîêíî NZDSF ñîçäàåòñÿ â íà÷àëå 90-õ ãîäîâ ñ öåëüþ ïðåîäîëåòü íåäîñòàòêè âîëîêíà DSF, ïðîÿâëÿþùèåñÿ ïðè ðàáîòå ñ ìóëüòèïëåêñíûì îïòè÷åñêèì ñèãíàëîì. Èçâåñòíîå òàêæå êàê λ-ñìåùåííîå âîëîêíî, îíî èìååò îñîáåííîñòü â òîì, ÷òî äëèíà âîëíû íóëåâîé äèñïåðñèè âûíåñåíà çà ïðåäåëû ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ ýðáèÿ. Ýòî óìåíüøàåò íåëèíåéíûå ýôôåêòû è óâåëè÷èâàåò õàðàêòåðèñòèêè âîëîêíà ïðè ïåðåäà÷å DWDM ñèãíàëà.
20,0 18,0
Стандартное одномодовое волокно, SF
Дисперсия (пс/нм км)
16,0
.
6,0
Волокно LEAF TM, NZDSF
5,0
Волокно TrueWaveTM, NZDSF
4,0 3,0
Волокно DSF
2,0 1,0 0,0 -1,0
1525
1530
1535
1540
1545
1550
1555
-2,0
1560 1565 λ (нм)
Волокно SMF-LSTM, NZDSF
-3,0 -4,0 -5,0 -6,0
Рабочая область эрбиевого усилителя
Ðèñ. 2.14. Õðîìàòè÷åñêàÿ äèñïåðñèÿ îäíîìîäîâûõ âîëîêîí â îêíå 1550 íì
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
31
Äâå ìàðêè λ-ñìåùåííîãî âîëîêíà, ïîÿâèâøèåñÿ íåñêîëüêî ëåò íàçàä, øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ ñåãîäíÿ: âîëîêíî TrueWave ôèðìû Lucent Technologies [14] è âîëîêíî SMF-LS ôèðìû Corning [15, 16]. Îáà èìåþò íåíóëåâóþ äèñïåðñèþ âî âñåì äèàïàçîíå ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ ýðáèÿ. Âîëîêíî TrueWave îáåñïå÷èâàåò ïîëîæèòåëüíóþ äèñïåðñèþ ïðè òî÷êå íóëåâîé äèñïåðñèè â ðàéîíå 1523 íì, â òî âðåìÿ êàê SMF-LS îáåñïå÷èâàåò îòðèöàòåëüíóþ äèñïåðñèþ ñ òî÷êîé íóëåâîé äèñïåðñèåé ÷óòü âûøå 1560 íì, ðèñ. 2.14.  íà÷àëå 1998 ãîäà ôèðìà Corning âûïóñòèëà åùå îäíó ìàðêó λ-ñìåùåííîãî âîëîêíà – LEAFTM [15]. Ñðàâíèòåëüíûé àíàëèç îñíîâíûõ õàðàêòåðèñòèê âîëîêîí TrueWave, SMF-LS è LEAF ïðèâåäåí â òàáëèöå 2.7.
Òàáëèöà 2.7. Ñðàâíèòåëüíûå õàðàêòåðèñòèêè òðåõ NZDSF âîëîêîí: TrueWave [14] è SMF-LS, LEAF [15] Õàðàêòåðèñòèêè
TrueWave™
SMF-LS™
LEAF™
Ãëàâíîå ðàáî÷åå îêíî (íì)
1550
1550
1550
Ìàêñèìàëüíîå çàòóõàíèå íà äëèíå âîëíû 1550 íì (äÁ/êì)
0,22-0,25
≤ 0,25
≤ 0,25
Ìàêñèìàëüíîå çàòóõàíèå íà äëèíå âîëíû 1310 íì (äÁ/êì)
í/ä
≤ 0,5
í/ä
Ìàêñèìàëüíîå çàòóõàíèå â äèàïàçîíå 1525-1575 íì (äÁ/êì)
≤ 0,30
≤ 0,30
≤ 0,30
≤ 1,0
≤ 2,0
≤ 2,0
≤ 0,50 (1 âèòîê ∅ 32 ìì)
≤ 0,50 (1 âèòîê ∅ 32 ìì)
≤ 0,10
≤ 0,10
í/ä
Çàòóõàíèå
Çàòóõàíèå íà ïèêå ÎÍ– 1383 ± 3 íì (äÁ/êì) Çàòóõàíèå ïðè èçãèáå íà äëèíå âîëíû 1550 íì (äÁ)
≤ 0,05 (100 âèòêîâ ∅ 75 ìì) ≤ 0,05 (100 âèòêîâ ∅ 75 ìì)
Çàòóõàíèå íà ñóõîì ñòûêå ïðè äëèíå âîëíû 1550 íì (äÁ)
í/ä
Õðîìàòè÷åñêàÿ äèñïåðñèÿ â çîíå íåíóëåâîé äèñïåðñèè min (ïñ/íì·êì)
0,8 (çîíà 1540-60 íì)
í/ä
1,0 (1540-60 íì)
max (ïñ/íì·êì)
4,6 (çîíà 1540-60 íì)
-3,5 (çîíà 1530-1560 íì)
6,0 (1540-60 íì)
í/ä
≤ 0,092
í/ä
≤ 1540
≥ 1560
í/ä
8,4 ± 0,6
8,4 ± 0,5
9,5 ± 0,5 9,6 (òèïîâîå)
≤ 1260
≤ 1260
í/ä
0,5 ïðè 1550 íì (max)
≤ 0,08 ïðè 1550 íì (òèïîâîå)
Íàêëîí íóëåâîé äèñïåðñèè S0 (ïñ/(íì2⋅êì)) Äëèíà âîëíû íóëåâîé äèñïåðñèè
λ 0 (íì)
Äèàìåòð ìîäîâîãî ïîëÿ ïðè äëèíå âîëíû 1550 íì (íì) Êàáåëüíàÿ äëèíà âîëíû îòñå÷êè
λ CCF
(íì)
Ïîëÿðèçàöèîííàÿ ìîäîâàÿ äèñïåðñèÿ ( пс
км
≤ ≤
0,5 ïðè 1550 íì (max) 0,1 ïðè 1550 íì (òèïî) âîå)
≤
í/ä – íåò äàííûõ
Ïî äèñïåðñèîííûì õàðàêòåðèñòèêàì âîëîêíî LEAF áëèçêî ê âîëîêíó TrueWave. Ãëàâíîé îòëè÷èòåëüíîé ÷åðòîé ýòîãî âîëîêíà ïî ñðàâíåíèþ ñ äâóìÿ ïðåäûäóùèìè ÿâëÿåòñÿ áîëüøàÿ ýôôåêòèâíàÿ ïëîùàäü äëÿ ñâåòîâîãî ïîòîêà – äèàìåòð ìîäîâîãî ïÿòíà âîçðîñ íà 1 ìêì. Âå32
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
ëè÷èíà ýòîãî ïàðàìåòðà ñòàíîâèòñÿ âåñüìà âàæíîé äëÿ îïòèìèçàöèè ñèñòåì äèàïàçîíà 1550 íì. Áîëüøèé äèàìåòð ìîäîâîãî ïÿòíà ïîçâîëÿåò óâåëè÷èòü óðîâåíü ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ ââîäèìîãî âîëîêíà íà 2 äÁ, ñîõðàíÿÿ ïðè ýòîì âëèÿíèå ðÿäà íåëèíåéíûõ ýôôåêòîâ, â îñîáåííîñòè ÷åòûðåõâîëíîâîãî ñìåøåíèÿ, íà ïðåæíåì óðîâíå. Ñîâðåìåííûå òåíäåíöèè ðàçâèòèÿ ñðåäñòâ òåëåêîììóíèêàöèîííîé ñâÿçè ñâèäåòåëüñòâóþò î ïåðñïåêòèâíîñòè ñèñòåì ïåðåäà÷è ïî âîëîêíó, â êîòîðûõ ñîâìåùàþòñÿ âðåìåííîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå – TDM ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå (STM-16 íà 2,4 Ãáèò/ñ è STM-64 íà 10 Ãáèò/ñ) â ïðåäåëàõ îäíîé äëèíû âîëíû è âîëíîâîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå WDM. Õîòÿ è ïîñëåäîâàòåëè òåõíîëîãèè âîëíîâîãî ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ (Lucent, MIT, Fujitsu è äð.) óæå øèðîêî òåñòèðóþò â ðàìêàõ èñïûòàòåëüíûõ ñåòåé ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå 32 è áîëåå êàíàëîâ â ðàñ÷åòå íà îäíî âîëîêíî, äîáèâøèñü óæå ñêîðîñòè ïåðåäà÷è 40 Ãáèò/ñ íà ðàññòîÿíèÿ â íåñêîëüêî ñîòåí êì, â áëèæàéøåé ïåðñïåêòèâå âèäèòñÿ ìåíüøåå êîëè÷åñòâî ìóëüòèïëåêñíûõ êàíàëîâ (äî 16 ïðè ñêîðîñòè ïåðåäà÷è äî 2,4 è 10 Ãáèò/c) â êðóïíîìàñøòàáíîì èíäóñòðèàëüíîì ïðèìåíåíèè â òåëåêîììóíèêàöèîííûõ ñåòÿõ. Èíñòàëëÿöèÿ íîâûõ êàáåëüíûõ ñåãìåíòîâ, èëè íàðàùèâàíèå ñóùåñòâóþùèõ ñ ó÷åòîì ïåðåõîäà íà ñêîðîñòè ïåðåäà÷è 2,4 è 10 Ãáèò/ñ ìîæåò îñóùåñòâëÿòüñÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì òðåõ ïåðå÷èñëåííûõ âèäîâ âîëîêîí. Ïðè âûáîðå âîëîêíà ñëåäóåò ó÷èòûâàòü òàêèå ôàêòîðû, êàê îáùàÿ ñòîèìîñòü ïðîåêòà, òðåáóåìûå åìêîñòè êàíàëîâ, íàäåæíîñòü, ñëîæíîñòü ñèñòåìû è äð.  êîíòåêñòå ýâîëþöèè ÂÎËÑ êëþ÷åâûìè ïàðàìåòðàìè ñòàíîâÿòñÿ ìåòîäèêè, èñïîëüçóåìûå äëÿ êîððåêöèè äèñïåðñèè â âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ñèñòåìàõ. Êîððåêöèÿ äèñïåðñèè ïîçâîëÿåò óâåëè÷èâàòü äëèíó âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ TDM ñèñòåì, ðàíåå îãðàíè÷åííûõ èç-çà áîëüøîé äèñïåðñèè, è îäíîâðåìåííî èçáåæàòü âëèÿíèÿ òàêîãî ýôôåêòà, êàê ÷åòûðåõâîëíîâîå ñìåøåíèå. Òðè ìåòîäèêè êîððåêöèè äèñïåðñèè ñëåäóþùèå [17]: •
Èñïîëüçîâàíèå âîëîêîí ñ êîìïåíñèðóþùåé äèñïåðñèåé DCF (dispersion-compensating fibers). Ïîëîæèòåëüíàÿ äèñïåðñèÿ, íàêîïëåííàÿ íà îäíîì ó÷àñòêå ñ èñïîëüçîâàíèåì ñòàíäàðòíîãî âîëîêíà SF, ìîæåò êîìïåíñèðîâàòüñÿ ïîñëåäóþùèì ïðèìûêàþùèì ñåãìåíòîì íà îñíîâå âîëîêíà DCF c çàðàíåå ïîäîáðàííûì çíà÷åíèåì îòðèöàòåëüíîé äèñïåðñèè, â ðåçóëüòàòå ÷åãî èòîãîâàÿ õðîìàòè÷åñêàÿ äèñïåðñèÿ ìîæåò áûòü ïðèáëèæåíà ê íóëþ. Êîìïåíñàöèÿ õðîìàòè÷åñêîé äèñïåðñèè äîïóñòèìà â ñèëó ñèñòåìàòè÷åñêîãî õàðàêòåðà íàêîïëåíèÿ äèñïåðñèè ñ ðîñòîì äëèíû;
•
Èñïîëüçîâàíèå îïòè÷åñêèõ ëàçåðíûõ ïåðåäàò÷èêîâ ñ î÷åíü óçêîé ñïåêòðàëüíîé øèðèíîé (0,1 íì è ìåíåå), ñïîñîáíûõ ìîäóëèðîâàòü èçëó÷åíèå íà ÷àñòîòàõ â íåñêîëüêî ÃÃö;
•
Èñïîëüçîâàíèå âîëîêîí òèïà NZDSF, â êîòîðûõ "ñäâèãàåòñÿ" äëèíà âîëíû íóëåâîé äèñïåðñèè çà ïðåäåëû îêíà 1550 íì, â ðåçóëüòàòå ÷åãî äèñïåðñèÿ ñòàíîâèòñÿ äîñòàòî÷íî áîëüøîé, ÷òîáû ïîäàâèòü ýôôåêò ÷åòûðåõâîëíîâîãî ñìåøåíèÿ, â òî æå âðåìÿ äîñòàòî÷íî ìàëîé, ÷òîáû ïîääåðæèâàòü ðàñïðîñòðàíåíèå ñèãíàëà âûñîêîé åìêîñòè (âûñîêîé ÷àñòîòû ìîäóëÿöèè) íà áîëüøèå ðàññòîÿíèÿ.
Ñåãìåíòû íà îñíîâå âîëîêíà SF áåç èñïîëüçîâàíèÿ êîððåêöèè äèñïåðñèè äîïóñêàþò ïðîòÿæåííîñòü äî 90 êì (ïðè ñêîðîñòè ïåðåäà÷è 2,4 Ãáèò/ñ). Ïåðâûå äâå ìåòîäèêè êîððåêöèè äèñïåðñèè, ïðèìåíÿÿñü îòäåëüíî äðóã îò äðóãà èëè â êîìáèíàöèè, ïîçâîëÿþò óâåëè÷èòü ïðîòÿæåííîñòü ñåãìåíòîâ äî 140 êì ïðè ñîõðàíåíèè ïðåæíåé ñêîðîñòè ïåðåäà÷è, òàáë. 2.8 à. ×òîáû óäîâëåòâîðèòü ðàáî÷èì òðåáîâàíèÿì ïðè ïëàíèðîâàíèè ñåòè, ñëåäóåò òùàòåëüíî âûðàáàòûâàòü ñòðàòåãèþ íàðàùèâàíèÿ ñåòè. Íóæíî îöåíèâàòü ñîîòâåòñòâóþùèå òîïîëîãèè ñåòåé ñ ó÷åòîì âîçìîæíîñòè èõ ðàáîòû íà ñêîðîñòÿõ 2,4 è 10 Ãáèò/ñ. Áëèæàéøàÿ öåëü – ïîñòðîèòü ïðîòÿæåííûå ó÷àñòêè (äî 120-140 êì) ïðè ïåðåäà÷å íà ñêîðîñòè 2,4 Ãáèò/ñ ñ èñïîëüçîâàíèåì ëþáûõ èç òðåõ ãëàâíûõ òèïîâ âîëîêîí – äîëæíà ðàññìàòðèâàòüñÿ ñîâìåñòíî ñ ïëàíàìè áîëåå äàëåêîé ïåðñïåêòèâû – èíñòàëëÿöèÿ ëèíèé íà ñêîðîñòü ïåðåäà÷è 10 Ãáèò/ñ ñ èñïîëüçîâàíèåì ïîñëåäîâàòåëüíî óñòàíîâëåííûõ ëèíåéíûõ óñèëèòåëåé. Âûñîêàÿ ñêîðîñòü ïåðåäà÷è â ïîñëåäíåì ñëó÷àå ìîæåò áûòü äîñòèãíóòà ïóòåì îïòèìèçàöèè äëèíû ñåãìåíòîâ ìåæäó ëèíåéíûìè óñèëèòåëÿìè (ïðèáëèçèòåëüíî 70 êì). Õîòÿ âîëîêíà SF è DSF âïîëíå ïðèåìëåìû äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ íàðàùèâàíèÿ ñåãìåíòîâ ñåòåé, âîëîêíî NZDSF áîëåå ïåðñïåêòèâíî ïðè èñïîëüçîâàíèè â íîâûõ èíñòàëëÿöèÿõ. Ïðè ñðàâíåíèè âîëîêîí SF è DSF îòìåòèì, ÷òî SF ëó÷øå ïîäõîäÿò äëÿ ñåòåé, èñïîëüçóþùèõ âîëíîâîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå. Íåäîñòàòîê SF – áîëüøîå çíà÷åíèå äèñïåðñèè â îêíå 1550 íì – ìîæåò êîìïåíñèðîâàòüñÿ ëèáî äîïîëíèòåëüíûì ó÷àñòêîì íà îñíîâå âîëîêíà ñ êîìïåíñèðóþùåé äèñïåðñèåé, ëèáî ïóòåì óìåíüøåíèÿ ñïåêòðàëüíîé øèðèíû èçëó÷àåìîãî ñèãíàëà (íàïðèìåð, èñïîëüçóÿ ïåðåäàò÷èêè íà îñíîâå DFB ëàçåðîâ). Îáùèå âîçìîæíîñòè ïî ðàçâåðòûâàíèþ êàáåëüíûõ ñèñòåì íà îñíîâå SF, DSF è NZDSF ïðèâåäåíû â òàáë. 2.8 à, á.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
33
Òàáëèöà 2.8. Îáùèå âîçìîæíîñòè ïî ðàçâåðòûâàíèþ êàáåëüíûõ ñèñòåì íà îñíîâå ðàçëè÷íûõ òèïîâ îäíîìîäîâûõ âîëîêîí a) Ïåðåäà÷à 2,5 Ãáèò/c ñèãíàëà (ñèãíàëîâ) ïî ðàçëè÷íûì òèïàì îäíîìîäîâûõ âîëîêîí Óñèëåíèå ìîùíîñòè ñèãíàëà íà îäíîé äëèíå âîëíû ÂîëîêÊîððåêöèÿ Óñèëèòåëè ×èñëî Åìêîñòü íî äèñïåðñèè EDFA êàíàëîâ âîëîêíà
Äëèíà ïðîëåòà
SF
ÓÌ
1
2,4 Ãáèò/ñ
70-90 êì
ÓÌ
1
2,4 Ãáèò/ñ
140 êì
Ìîùíîñòü
ÓÌ
1
2,4 Ãáèò/ñ
120-140 êì
Ìîùíîñòü
ÓÌ
1
2,4 Ãáèò/ñ
120-140 êì
Ìîùíîñòü
ÓÌ 1 2,4 Ãáèò/ñ 120-140 êì çîíû EDFA Ëèíåéíîå óñèëåíèå ìíîãîêàíàëüíîãî ñèãíàëà (íåñêîëüêèõ äëèí âîëí) Âíåøíÿÿ SF ÓÌ, ËÓ 1, 2, 4, 8 2,4-20 Ãáèò/ñ >500 êì ìîäóëÿöèÿ Êîìïåíñàöèÿ SF ÓÌ, ËÓ 1, 2, 4, 8 2,4-20 Ãáèò/ñ >500 êì äèñïåðñèè
Ìîùíîñòü
SF SF DSF NZDSF
DSF NZDSF
Íåò
Îãðàíè÷åíèÿ ñèñòåìû Ìîùíîñòü, äèñïåðñèÿ
Âíåøíÿÿ ìîäóëÿöèÿ Êîìïåíñàöèÿ äèñïåðñèè Íåò λ 0 âûâîäèòñÿ èç
Íåò
ÓÌ, ËÓ
1-(íåëèí. ýôôåêòû)
2,4 Ãáèò/ñ
>500 êì
λ 0 âûâîäèòñÿ èç
ÓÌ, ËÓ
1, 2, 4, 8
2,4-20 Ãáèò/ñ
>500 êì
çîíû EDFA
ASE, îòñóòñòâóåò ïëàòî ASE, îòñóòñòâóåò ïëàòî ASE, îòñóòñòâóåò ïëàòî, 4-wave mixing ASE, îòñóòñòâóåò ïëàòî
á) Ïåðåäà÷à 10 Ãáèò/c ñèãíàëà (ñèãíàëîâ) ïî ðàçëè÷íûì òèïàì îäíîìîäîâûõ âîëîêîí Óñèëåíèå ìîùíîñòè ñèãíàëà íà îäíîé äëèíå âîëíû ÂîëîêÊîððåêöèÿ Óñèëèòåëè ×èñëî Åìêîñòü íî äèñïåðñèè EDFA êàíàëîâ âîëîêíà Âíåøíÿÿ SF ÏÓ 1 10 Ãáèò/ñ ìîäóëÿöèÿ Âíåøíÿÿ ìîäóSF ÓÌ, ÏÓ 1 10 Ãáèò/ñ ëÿöèÿ + ÊÄ* Âíåøíÿÿ DSF ÓÌ, ÏÓ 1 10 Ãáèò/ñ ìîäóëÿöèÿ Âíåøíÿÿ ìîäóëÿöèÿ, NZDSF ÓÌ, ÏÓ 1 10 Ãáèò/ñ λ 0 âûâîäèòñÿ
Äëèíà ïðîëåòà
Îãðàíè÷åíèÿ ñèñòåìû
50-70 êì
Äèñïåðñèÿ
120-140 êì
Ìîùíîñòü
120-149 êì
Ìîùíîñòü
120-149 êì
Ìîùíîñòü
èç çîíû EDFA Ëèíåéíîå óñèëåíèå ìíîãîêàíàëüíîãî ñèãíàëà (íåñêîëüêèõ äëèí âîëí) 10, 20, 40 Âíåøíÿÿ ìîäó>300 êì ËÓ, ÓÌ, ÏÓ 1, 2, 4 SF Ãáèò/ñ ëÿöèÿ + ÊÄ* DSF
NZDSF
Âíåøíÿÿ ìîäóëÿöèÿ Âíåøíÿÿ ìîäóëÿöèÿ, λ 0 âûâîäèòñÿ èç çîíû EDFA
ËÓ, ÏÓ
1-(íåëèí. ýôôåêòû)
10 Ãáèò/ñ
>300 êì
ËÓ, ÏÓ
1, 2, 4
10, 20, 40 Ãáèò/ñ
>300 êì
ASE, îòñóòñòâóåò ïëàòî ASE, îòñóòñòâóåò ïëàòî, 4-wave mixing ASE, SPM, îòñóòñòâóåò ïëàòî
* – Êîìïåíñàöèÿ äèñïåðñèè ìîæåò òðåáîâàòü äîïîëíèòåëüíîãî óñèëåíèÿ, ÷òîáû ïðåîäîëåòü çàòóõàíèå. Îáîçíà÷åíèÿ: ÓÌ – óñèëåíèå ìîùíîñòè, ËÓ – ëèíåéíîå óñèëåíèå, ÊÄ – êîìïåíñàöèÿ äèñïåðñèè, ÏÓ – ïðèåìíîå óñèëåíèå, ASE – ñïîíòàííî óñèëåííîå èçëó÷åíèå (amplified spontaneous emission), 4-wave mixing – ÷åòûðåõâîëíîâîå ñìåøåíèå, SPM – ìåæôàçíàÿ ìîäóëÿöèÿ (self-phase modulation)
34
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Ëèòåðàòóðà ê ãëàâå 2 1. Âîëîêîííî-îïòè÷åñêèå ñèñòåìû ñâÿçè íà ÃÒÑ: Ñïðàâî÷íèê / Á. Ç. Áåðëèí, À. Ñ. Áðèñêåð, Â. Ñ. Èâàíîâ – Ì.: Ðàäèî è ñâÿçü, 1994. – 160 c. 2. Ã. Êîðí, Ò. Êîðí. Ñïðàâî÷íèê ïî ìàòåìàòèêå äëÿ íàó÷íûõ ðàáîòíèêîâ è èíæåíåðîâ, Ì.: Íàóêà, 1973. – 832 ñ. (ñ. 777-781) 3. J. Hecht. Understanding Fiber Optics, Sams Publishing, 1993. – 477 p. 4. Corning Optical Fiber Information Center, Engineering Handbook, 1994 – 1995 5. EIA/TIA-455-80 (FOTP-80). Cutoff Wavelength of Uncabled Single-Mode Fiber By Transmitted Power, Method B 6. EIA/TIA-455-170 (FOTP-170). Cable Cutoff Wavelength of Single-Mode Fiber By Transmitted Power, Method B, Configuration 2 7. W. Hioki. Telecommunications, Second edition, Prentice Hall, 1995. – 501 p. 8. J. Hudgings, J. Nee. "WDM All-Optical Networks", 1996, http://www-bsac.eecs.berkeley.edu/~jnee/ee228a/ 9. All-Optical Networking Consortium – WDM Slide Presentation, 1996, http://www.ll.mit.edu/aon/WDMSlide3B.html 10. Âîëîêîííî-îïòè÷åñêèå ñèñòåìû ïåðåäà÷è è êàáåëè: Ñïðàâî÷íèê / È. È. Ãðîäíåâ, À. Ã. Ìóðàäÿí, Ð. Ì. Øàðàôóòäèíîâ è äð. – Ì.: Ðàäèî è ñâÿçü, 1993. – 264 c. 11. What is PMD? Understanding Polarization Mode Dispersion, Corning TPD – Library, 1994-1998, http://pro.corningfiber.com/library/nv1072.html 12. EIA/TIA-455-A. Standard Test Procedures for Fiber Optic Fibers, Cables, Transducers, Sensors, Connecting and Terminating Devices, and other Fiber Optic Components (A series of fiber optic test procedures, EIA-455-1 through EIA-455-190.), (ANSI/EIA/TIA-455-A-91) (Aug., 1991) 13. T. Fuerst. "Optical Layer Planning Requires Flexibility", Lightwave, October 1997. – pp. 50-51 14. TrueWave Single-Mode Optical Fiber, Lucent Technologies, 1997, http://www.lucent.com 15. Corning SMF-LS™ CPC6 Single-Mode Dispersion-Shifted Optical Fiber, Product Information, 2/1995; Corning LEAF™ CPC6 Single-Mode Dispersion-Shifted Optical Fiber, Product Information, 2/1998 16. M. A. McDonald. "Conventional Single-Mode Optical Fiber and Dispersion-Shifted Optical Fiber Designed to be Different", Corning TPD, Library-UTC, 1995 17. G. F. Wildeman, C. Weinstein. Dispersion-Shifted Optical Fibers Adapt to Network Capacity and Data Rate Changes (R1052), Corning, 1997, http://pro.corningfiber.com/library/
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
35
3. Ïàññèâíûå îïòè÷åñêèå êîìïîíåíòû Ïàññèâíûå îïòè÷åñêèå êîìïîíåíòû âêëþ÷àþò â ñåáÿ îïòè÷åñêèå ñîåäèíèòåëè, ðîçåòêè, øíóðû, ðàñïðåäåëèòåëüíûå ïàíåëè, êðîññîâûå øêàôû, ñîåäèíèòåëüíûå ìóôòû, îïòè÷åñêèå ðàçâåòâèòåëè, àòòåíþàòîðû, ñèñòåìû ñïåêòðàëüíîãî óïëîòíåíèÿ è ò.ä., òî åñòü âñå, ÷òî íåîáõîäèìî äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ïåðåäà÷è îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà ïî âîëîêîííî-îïòè÷åñêîìó êàáåëþ îò ïåðåäàò÷èêà ê ïðèåìíèêó. Ïî ìåðå ðîñòà ñëîæíîñòè è óâåëè÷åíèÿ ïðîòÿæåííîñòè âîëîêîííî-îïòè÷åñêîé êàáåëüíîé ñèñòåìû ðîëü ïàññèâíûõ êîìïîíåíòîâ âîçðàñòàåò. Ïðàêòè÷åñêè âñå ñèñòåìû âîëîêîííîîïòè÷åñêîé ñâÿçè, ðåàëèçóåìûå äëÿ ìàãèñòðàëüíûõ èíôîðìàöèîííûõ ñåòåé, ëîêàëüíûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ñåòåé, à òàêæå äëÿ ñåòåé êàáåëüíîãî òåëåâèäåíèÿ, îõâàòûâàþò ñðàçó âñå ìíîãîîáðàçèå ïàññèâíûõ âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ êîìïîíåíòîâ. Ñàìûì âàæíûì âîïðîñîì ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè ïî ÂÎËÑ ÿâëÿåòñÿ îáåñïå÷åíèå íàäåæíîãî ñîåäèíåíèÿ îïòè÷åñêèõ âîëîêîí. Îïòè÷åñêèé ñîåäèíèòåëü – ýòî óñòðîéñòâî, ïðåäíàçíà÷åííîå äëÿ ñîåäèíåíèÿ ðàçëè÷íûõ êîìïîíåíòîâ âîëîêîííî-îïòè÷åñêîãî ëèíåéíîãî òðàêòà â ìåñòàõ ââîäà è âûâîäà èçëó÷åíèÿ. Òàêèìè ìåñòàìè ÿâëÿþòñÿ: îïòè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ îïòîýëåêòðîííûõ ìîäóëåé (ïðèåìíèêîâ è ïåðåäàò÷èêîâ) ñ âîëîêíîì êàáåëÿ, ñîåäèíåíèÿ îòðåçêîâ îïòè÷åñêèõ êàáåëåé ìåæäó ñîáîé, à òàêæå ñ äðóãèìè êîìïîíåíòàìè. Ðàçëè÷àþò íåðàçúåìíûå è ðàçúåìíûå ñîåäèíèòåëè. Íåðàçúåìíûå ñîåäèíèòåëè èñïîëüçóþòñÿ â ìåñòàõ ïîñòîÿííîãî ìîíòàæà êàáåëüíûõ ñèñòåì. Îñíîâíûì ìåòîäîì ìîíòàæà, îáåñïå÷èâàþùèì íåðàçúåìíîå ñîåäèíåíèå, ÿâëÿåòñÿ ñâàðêà. Ðàçúåìíûå ñîåäèíèòåëè (øèðîêî óïîòðåáëÿåòñÿ òåðìèí êîííåêòîðû, connectors) äîïóñêàþò ìíîãîêðàòíûå ñîåäèíåíèÿ/ðàçúåäèíåíèÿ. Ïðîìåæóòî÷íîå ïîëîæåíèå çàíèìàþò ñîåäèíåíèÿ òèïà ìåõàíè÷åñêèé ñïëàéñ.
3.1. Ðàçúåìíûå ñîåäèíèòåëè Òèïû êîíñòðóêöèé Ïî êîíñòðóêöèè ñîåäèíåíèÿ áûâàþò ñèììåòðè÷íûìè è íåñèììåòðè÷íûìè [1]. Óïðîùåííûå ñõåìû ñîåäèíåíèé ïîêàçàíû íà ðèñ. 3.1. Ïðè íåñèììåòðè÷íîé êîíñòðóêöèè äëÿ îðãàíèçàöèè ñîåäèíåíèÿ òðåáóåòñÿ äâà ýëåìåíòà: ñîåäèíèòåëü ãíåçäîâîé è ñîåäèíèòåëü øòåêåðíûé, ðèñ. 3.1 à. Îïòè÷åñêîå âîëîêíî â êàïèëëÿðíîé òðóáêå êîííåêòîðà-øòåêåðà íå äîõîäèò äî òîðöà êàïèëëÿðà, à îñòàåòñÿ â ãëóáèíå. Íàïðîòèâ, âîëîêíî â ãíåçäîâîì ñîåäèíèòåëå âûñòóïàåò íàðóæó. Ïðè îðãàíèçàöèè ñîåäèíåíèÿ ôèçè÷åñêèé êîíòàêò âîëîêîí ïðîèñõîäèò âíóòðè íàêîíå÷íèêà-êàïèëëÿðà, êîòîðûé îáåñïå÷èâàåò ñîîñíîñòü âîëîêîí. Îòêðûòîå âîëîêíî, è êàïèëëÿðíàÿ ïîëîñòü ó ýòèõ ñîåäèíèòåëåé ÿâëÿþòñÿ îñíîâíûìè íåäîñòàòêàìè, ñíèæàþùèìè íàäåæíîñòü íåñèììåòðè÷íîé êîíñòðóêöèè. Îñîáåííî íåäîñòàòêè ñêàçûâàþòñÿ ïðè áîëüøîì êîëè÷åñòâå ïåðåïîäêëþ÷åíèé. Ïîýòîìó òàêîé òèï êîíñòðóêöèè ïîëó÷èë ìåíüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå. Ïðè ñèììåòðè÷íîé êîíñòðóêöèè äëÿ îðãàíèçàöèè ñîåäèíåíèÿ òðåáóåòñÿ òðè ýëåìåíòà: äâà ñîåäèíèòåëÿ è ïåðåõîäíàÿ ðîçåòêà (coupling), ðèñ. 3.1 á. Ãëàâíûì ýëåìåíòîì ñîåäèíèòåëÿ ÿâëÿåòñÿ íàêîíå÷íèê (ferrule). Ïåðåõîäíàÿ ðîçåòêà ñíàáæàåòñÿ öåíòðèðóþùèì ýëåìåíòîì, âûïîëíåííûì â âèäå òðóáêè ñ ïðîäîëüíûì ðàçðåçîì – äîëæåí áûòü êîíòàêò ìåæäó íàêîíå÷íèêîì è öåíòðèðóþùèì ýëåìåíòîì ðîçåòêè, ðèñ. 3.1 â. Öåíòðèðóþùèé ýëåìåíò ïëîòíî îõâàòûâàåò íàêîíå÷íèêè è îáåñïå÷èâàåò èõ ñòðîãóþ ñîîñíîñòü. Âíåøíèé äèàìåòð íàêîíå÷íèêà ðàâåí 2,5 ìì. Íàèáîëåå æåñòêèå òðåáîâàíèÿ ïðåäúÿâëÿþòñÿ ê ïàðàìåòðàì îòâåðñòèÿ (êàïèëëÿðà) íàêîíå÷íèêà. Îíî äîëæíî áûòü äîñòàòî÷íî áîëüøèì, ÷òîáû âîëîêíî ìîãëî çàéòè â íåãî, è ïðè ýòîì äîñòàòî÷íî ìàëûì, ÷òîáû ëþôò âîëîêíà áûë íåçíà÷èòåëüíûì. Äèàìåòð îòâåðñòèÿ â ñîîòâåòñòâèè ñî ñòàíäàðòîì ðàâåí 126 +1/–0 ìêì äëÿ îäíîìîäîâîãî âîëîêíà è 127 +2/–0 ìêì äëÿ ìíîãîìîäîâîãî âîëîêíà. Íåêîòîðûå ïðîèçâîäèòåëè ïîñòàâëÿþò íàêîíå÷íèêè øèðîêîãî äèàïàçîíà äèàìåòðîâ (íàïðèìåð, 124, 125, 126, 127 ìêì) äëÿ àêêîìîäàöèè åñòåñòâåííûõ âàðèàöèé äèàìåòðîâ âîëîêíà. Íàêîíå÷íèê, êàê ñàìûé ïðåöèçèîííûé ýëåìåíò ñîåäèíèòåëÿ, ÿâëÿåòñÿ ñàìûì äîðîãèì. Íàêîíå÷íèêè îáû÷íî áûâàþò ìåòàëëè÷åñêèå (íà îñíîâå íåðæàâåþùåé ñòàëè), êåðàìè÷åñêèå (íà îñíîâå öèðêîíèÿ èëè îêñèäà àëþìèíèÿ). Ïëàñòèêîâûå íàêîíå÷íèêè âûñîêîãî êà÷åñòâà äîëæíû ñíèçèòü ñòîèìîñòü ñîåäèíèòåëÿ. Ê ñîåäèíèòåëÿì ïðåäúÿâëÿþòñÿ ñëåäóþùèå îñíîâíûå òðåáîâàíèÿ: ìàëûå âíîñèìûå ïîòåðè, ìàëîå îáðàòíîå îòðàæåíèå, óñòîé÷èâîñòü ê âíåøíèì ìåõàíè÷åñêèì, êëèìàòè÷åñêèì è äðóãèì âîçäåéñòâèÿì, âûñîêàÿ íàäåæíîñòü è ïðîñòîòà êîíñòðóêöèè, íåçíà÷èòåëüíîå óõóäøåíèå õàðàêòåðèñòèê ïîñëå ìíîãîêðàòíûõ ïîâòîðíûõ ñîåäèíåíèé. 36
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
2
1
3
Îáîçíà÷åíèÿ: 1 – ñîåäèíèòåëü ãíåçäîâîé; 2 – íàêîíå÷íèê-êàïèëëÿð; 3 – ñîåäèíèòåëü øòåêåðíûé; 4 – êåâëàðîâûå íèòè; 5 – ýïîêñèäíûé íàïîëíèòåëü; 6 – ñîåäèíèòåëü; 7 – ïåðåõîäíàÿ ñîåäèíèòåëüíàÿ ðîçåòêà (àäàïòåð); 8 – îïòè÷åñêèé íàêîíå÷íèê; 9 – öåíòðèðóþùèé ýëåìåíò ðîçåòêè; 10 – îïòè÷åñêîå âîëîêíî; 11 – ìèíèêàáåëü
а) 6
4
б)
7
8
10
5
11
9 8
9
10
в) Ðèñ. 3.1. Êîíñòðóêöèè ñîåäèíèòåëåé: à) íåñèììåòðè÷íàÿ; á) ñèììåòðè÷íàÿ; â) íàêîíå÷íèê è öåíòðàòîð ðîçåòêè ñèììåòðè÷íîãî ñîåäèíèòåëÿ
Âíîñèìûå ïîòåðè Êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è îïòè÷åñêîé ìîùíîñòè (êîýôôèöèåíò ïðîõîæäåíèÿ) D ïðè òîðöåâîì ñîåäèíåíèè îïðåäåëÿåòñÿ êàê D = Pout Pin , à âíîñèìûå ïîòåðè a – èñõîäÿ èç ñîîòíîøåíèÿ
a = −10 lg D = −10 lg Pout / Pin
[äÁ], ãäå
Pin è Pout
ñîîòâåòñòâåííî èíòåíñèâíîñòè èçëó÷å-
íèÿ íà âõîäå è âûõîäå ñîåäèíåíèÿ. Òî÷íûé çàìåð ýòèõ ïàðàìåòðîâ íà ïðàêòèêå ñîîòâåòñòâóåò ñëåäóþùåé ïðîöåäóðå. Ñíà÷àëà íàõîäÿò èíòåíñèâíîñòü íà íåïðåðûâíîì ó÷àñòêå âîëîêíà, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ãðàäóèðîâêå ïðèåìíèêà ( Pin ). Çàòåì ðàçðûâàþò âîëîêíî è ïîñëå îêîíöåâàíèÿ ñîåäèíèòåëÿìè ìåñò ðàçðûâà âíîâü ñîåäèíÿþò. Âòîðè÷íûé çàìåð èíòåíñèâíîñòè ñîîòâåòñòâóåò Pout . Îáû÷íî âíîñèìûå ïîòåðè çàâèñÿò îò òèïà âîëîêíà (ìíîãîìîäîâîå èëè îäíîìîäîâîå), òèïîâ è êà÷åñòâà ñîåäèíèòåëåé è ñîñòàâëÿþò îò 0,3 äî 0,5 äåöèáåëà. Âíîñèìûå ïîòåðè ìîæíî ðàçáèòü íà äâå êàòåãîðèè: âíóòðåííèå è âíåøíèå ïîòåðè. Âíóòðåííèå ïîòåðè îïðåäåëÿþòñÿ ôàêòîðàìè, êîòîðûå íåâîçìîæíî êîíòðîëèðîâàòü (äîñòè÷ü èõ óëó÷øåíèÿ ïðè çàäåëêå âîëîêíà â ñîåäèíèòåëü), à èìåííî ïàðíîé âàðèàöèåé äèàìåòðîâ ñåðäöåâèí, ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ, ÷èñëîâûõ àïåðòóð, ýêñöåíòðèñèòåòîâ ñåðäöåâèíà/îáîëî÷êà è êîíöåíòðè÷íîñòåé ñåðäöåâèíû ó âîëîêîí ñ ðàçíûõ ñòîðîí. Ïðè÷åì ñëåäóåò àääèòèâíî ó÷èòûâàòü âñå ýòè ïîòåðè. Ìîæíî îæèäàòü ñëó÷àéíîå èçìåíåíèå ýòèõ ôàêòîðîâ äàæå â òîì ñëó÷àå, êîãäà âîëîêíà îäèíàêîâîãî ñòàíäàðòà èëè ñ îäíîé è òîé æå êàòóøêè. Ýòè ôàêòîðû ïðîÿâëÿþòñÿ ìåíüøå íà íåïðåðûâíîì ñåãìåíòå îïòè÷åñêîãî êàáåëÿ, òàê êàê îíè ïëàâíî ìåíÿþòñÿ ñ äëèíîé. Íà âíóòðåííèå ïîòåðè âëèÿåò òåõíîëîãèÿ ïðîèçâîäñòâà âîëîêíà è ñîîòâåòñòâóþùèå êðèòåðèè êîíòðîëÿ êà÷åñòâà, à íå êîíñòðóêòîð ñîåäèíèòåëÿ. Çíàÿ ðàçáðîñ çíà÷åíèé ïåðå÷èñëåííûõ âûøå ïàðàìåòðîâ, ìîæíî îïðåäåëèòü ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå âíóòðåííèõ ïîòåðü. Ïîòåðè èç-çà âàðèàöèè ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ ÿâëÿþòñÿ ñëåäñòâèåì ÷èñòî ôðåíåëåâñêîãî ðàññåÿíèÿ è îïðåäåëÿþòñÿ â ïðîñòåéøåì ñëó÷àå äëÿ âîëîêíà ñî ñòóïåí÷àòûì ïðîôèëåì êàê
(
a F = −10 lg 4n 1 n 2 (n 1 + n 2 )
2
) [äÁ], ãäå n
1
è
n2
– ïîêàçàòåëè ïðåëîìëåíèÿ âîëî-
êîí (çàçîðà ìåæäó âîëîêíàìè íåò). Ýòè ïîòåðè ïðîïàäàþò òîëüêî ïðè ðàâåíñòâå ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ. Ïîòåðè ïðè âàðèàöèè àïåðòóð âîçíèêàþò â òîì ñëó÷àå, åñëè àïåðòóðà âîëîêíà, ïåðåäàþùåãî ñèãíàë NA 1 , áîëüøå àïåðòóðû âîëîêíà, ïðèíèìàþùåãî ñèãíàë NA 2 , è îïðåäåëÿþòñÿ êàê
a NA = −10 lg(NA 2 NA 1 )
2
[äÁ]. Ïðè
NA 1 < NA 2 àïåðòóðíûå
ïîòåðè íå âîçíèêàþò.
Ïîòåðè ïðè âàðèàöèè äèàìåòðîâ âîçíèêàþò, êîãäà äèàìåòð ïåðåäàþùåãî âîëîêíà ìåíüøå äèàìåòðà ïðèíèìàþùåãî, è îïðåäåëÿþòñÿ ñîîòíîøåíèåì
D2
a D = −10 lg(D 2 D1 )
2
– äèàìåòðû ïåðåäàþùåãî è ïðèíèìàþùåãî âîëîêîí, ñîîòâåòñòâåííî. Ïðè
[äÁ], ãäå
D1 < D 2
D1
è
ïîòå-
ðè íå âîçíèêàþò. ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
37
Ñîåäèíåíèå âîëîêîí 62,5/125 è 50/125. Ôàêò íàëè÷èÿ äâóõ îñíîâíûõ øèðîêî ðàñïðîñòðàíåííûõ ñòàíäàðòîâ ìíîãîìîäîâîãî ãðàäèåíòíîãî âîëîêíà 50 ìêì è 62,5 ìêì íóæíî ïðèíÿòü êàê ñâåðøèâøèéñÿ. Ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî íàèáîëüøåå ïðèìåíåíèå èìååò ïðè ñòðîèòåëüñòâå ëîêàëüíûõ ñåòåé. Ðîññèéñêèå çàâîäû ïî ïðîèçâîäñòâó âîëîêîííî-îïòè÷åñêîãî êàáåëÿ áîëåå øèðîêî èñïîëüçóþò ñòàíäàðò ìíîãîìîäîâîãî âîëîêíà ñ äèàìåòðîì ñâåòîíåñóùåé æèëû 50 ìêì îòå÷åñòâåííîãî ïðîèçâîäñòâà. Åñëè ñâåò ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ èç âîëîêíà 50/125 â âîëîêíî 62,5/125, òî ïîòåðè èíòåíñèâíîñòè ñâåòà íå ïðîèñõîäèò (ìû ïðåíåáðåãàåì äðóãèìè ïîòåðÿìè). Åñëè æå ñâåò ïåðåõîäèò èç âîëîêíà 62,5/125 â âîëîêíî 50/125, òî òîëüêî äîëÿ
(50 62,5)2
èíòåíñèâíîñòè ñâåòà áóäåò âî âòîðîì âîëîêíå, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ïîòåðÿì 1,94 äÁ.
Ýòîò ôàêò ó÷èòûâàåòñÿ ïðè ïðîèçâîäñòâå îïòè÷åñêèõ ïðèåìîïåðåäàò÷èêîâ. Òàê, îáû÷íî ñâåòîäèîä ïåðåäàò÷èêà ðàññ÷èòàí íà âîëîêíî ìåíüøåãî äèàìåòðà (50 ìêì), à ïðèåìíèê â ýòîì æå óñòðîéñòâå íà âîëîêíî áîëüøåãî äèàìåòðà (62,5 ìêì).  ýòîì ñëó÷àå íå ÿâëÿåòñÿ ñòðîãî îáÿçàòåëüíûì èñïîëüçîâàíèå â êàáåëüíîì ñåãìåíòå, ñîåäèíÿþùèì òàêèå óñòðîéñòâà, ñòàíäàðòà âîëîêíà 62,5/125, ðåêîìåíäîâàííîãî ñïåöèôèêàöèåé ANSI/TIA/EIA-568A [2]. Áîëåå òîãî, ìíîãèå ñåòåâûå ñòàíäàðòû çàêëàäûâàþò áîëüøîé çàïàñ ïî çàòóõàíèþ â êàáåëüíîé ñèñòåìå. Íàïðèìåð, ñòàíäàðòû ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ íà ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî FDDI (PMD), Fast Ethernet (100Base-FX) ðàññ÷èòàíû íà ìàêñèìàëüíîå äîïóñòèìîå çàòóõàíèå â ëèíèè äî 11 äÁ ïðè ìàêñèìàëüíîì äîïóñòèìîì ðàññòîÿíèè 2 êì. Åñëè ó÷åñòü, ÷òî ïîòåðè â êàáåëå ñîñòàâëÿþò 3 äÁ/êì, à â ñîåäèíèòåëå ñ îäíîòèïíûìè âîëîêíàìè – 0,5 äÁ, òî îäèí äîïîëíèòåëüíûé ïåðåõîä ñ 62,5 íà 50 ìêì, âíîñÿùèé çàòóõàíèå 2,5 äÁ, íå áóäåò êðèòè÷íûì äàæå ïðè ìàêñèìàëüíîé äëèíå êàáåëüíîãî ñåãìåíòà (2 êì). Ñîåäèíåíèå ìíîãîìîäîâîãî è îäíîìîäîâîãî âîëîêîí. Åùå áîëüøèå âíóòðåííèå ïîòåðè (ïðèìåðíî 16 äÁ) âîçíèêàþò ïðè ñîïðÿæåíèè ìíîãîìîäîâîãî è îäíîìîäîâîãî âîëîêíà, êîãäà ñâåò ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ èç ïåðâîãî âî âòîðîå âîëîêíî. Âíåøíèå ïîòåðè – ýòî ïîòåðè, êîòîðûå ÿâëÿþòñÿ ñëåäñòâèåì íåñîâåðøåíñòâà êàê ñàìîé êîíñòðóêöèè ñîåäèíèòåëÿ, òàê è ïðîöåññà ñáîðêè îïòè÷åñêîãî øíóðà. Âíåøíèå ïîòåðè çàâèñÿò îò òàêèõ ôàêòîðîâ êàê: ìåõàíè÷åñêàÿ íåñòûêîâêà (óãëîâîå ñìåùåíèå θ, ðàäèàëüíîå ñìåùåíèå L, îñåâîå ñìåùåíèå S); øåðîõîâàòîñòè íà òîðöå ñåðäöåâèíû; çàãðÿçíåíèå ó÷àñòêà ìåæäó òîðöàìè âîëîêîí, ðèñ. 3.2.
D
D
1,5
NA = 0,15
1,0
NA = 0,2
0,5
NA = 0,5
0
а)
о
о
о
Потери (дБ)
Потери (дБ)
4 L 3 2 1 0
о
3 4 1 2 Угловое смещение (град)
б)
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Радиальное смещение L/D
4
NA = 0,5
3 2 1 0
в)
S
Потери (дБ)
Потери (дБ)
D
NA = 0,2
1.0
0,5
NA = 0,15 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Осевое смещение S/D
0
г)
1 8 15 Глубина микротрещин (мкм)
Ðèñ. 3.2. ×åòûðå ãëàâíûõ âèäà âíåøíèõ ïîòåðü â ñîåäèíèòåëå [3]: à) ïîòåðè ïðè óãëîâîì ñìåùåíèè; á) ïîòåðè ïðè ðàäèàëüíîì ñìåùåíèè; â) ïîòåðè ïðè îñåâîì ñìåùåíèè; ã) ïîòåðè èç-çà ôðåíåëåâñêîãî ðàññåÿíèÿ íà íåîäíîðîäíîñòÿõ
38
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Ïîòåðè ïðè óãëîâîì θ , ðàäèàëüíîì L è îñåâîì S ñìåùåíèÿõ îïðåäåëÿþòñÿ ñîîòâåòñòâåííî ôîðìóëàìè (ðèñ. 3.2 à, á, â) [1, 4]:
θ 2 a ϑ = −10 lg1 − π arcsin NA 4 L a L = −10 lg 1 − π D
[äÁ],
(3-1)
[äÁ],
(3-2)
a S = −10 lg[1 (1 + 2(S / D) tg[arcsin (NA / n 0 )])]
2
ãäå
NA
ùåíèå,
– àïåðòóðà âîëîêíà,
S
D
– îñåâîå ñìåùåíèå,
[äÁ],
– äèàìåòð ñâåòîíåñóùåé ÷àñòè âîëîêíà,
n0
(3-3)
L
– ðàäèàëüíîå ñìå-
– ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ ñðåäû, çàïîëíÿþùåé ïðîñòðàí-
ñòâî ñòûêà. Íåêà÷åñòâåííàÿ ïîëèðîâêà òîðöîâ âîëîêîí, à òàêæå òðåíèå, âîçíèêàþùåå ïðè ìíîãîêðàòíîì ïåðåïîäêëþ÷åíèè ñîåäèíèòåëåé (èìåþùèõ ôèçè÷åñêèé êîíòàêò), ìîæåò ïðèâåñòè åùå ê îäíîìó òèïó ïîòåðü – ïîòåðü, ñâÿçàííûõ ñ ðàññåÿíèåì íà ìèêðîòðåùèíàõ (ðèñ. 3.2 ã). Ïðèâåäåííîå ñîîòíîøåíèå äëÿ ïîòåðü ïðè îñåâîì ñìåùåíèè ó÷èòûâàåò òîëüêî ôàêòîð àïåðòóðíîé ðàñõîäèìîñòè ñâåòîâîãî ïîòîêà. Îäíàêî ïðè ïîÿâëåíèè çàçîðà ìåæäó âîëîêíàìè ïîÿâëÿåòñÿ è ôðåíåëåâñêîå îòðàæåíèå èç-çà òîãî, ÷òî ñðåäà, çàïîëíÿþùàÿ ïðîñòðàíñòâî n1 n n1 ìåæäó îòêðûòûìè ïëîñêîñòÿìè òîðöîâ âîëîêîí èìååò îòëè÷íûé îò âîëîêîí ïîêàçàòåëü ïðåPin Pout ëîìëåíèÿ, ðèñ. 3.3. Pr Ñ ó÷åòîì äâóõ ñêà÷êîâ ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ êîýôôèöèåíò ïðîõîæäåíèÿ îïðåäåS ëÿåòñÿ èç ñîîòíîøåíèÿ:
Ðèñ. 3.3. Ôðåíåëåâñêîå îòðàæåíèå
DF =
4n12 n 2
4n12 n 2 + (n 12 − n 2 ) sin 2 (2πnS λ ) 2
.
(3-4)
Ïðè âåëè÷èíå çàçîðà, ñðàâíèìîé ñ äëèíîé âîëíû èëè áîëüøåé, ïî îñöèëëÿöèÿì ñèíóñà ìîæíî
(
(
2
))
a F = −10lg DF = −10lg 2n1n n1 + n2 [äÁ], ãäå n 1 – ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ âîëîêíà (≈1,5), îäèíàêîâûé äëÿ îáîèõ ñòîðîí, n – ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ ñðåäû â çàçîðå, ðèñ. 3.3.  ñëó÷àå âîçäóøíîãî çàçîðà ( n =1) ïîòåðè ñî-
ïðîèçâåñòè óñðåäíåíèå. Òîãäà ïîòåðè îïðåäåëÿþòñÿ êàê
ñòàâëÿþò 0,35 äÁ. Ôðåíåëåâñêèå ïîòåðè ìîæíî óìåíüøèòü, ïîäáèðàÿ íàïîëíèòåëü ìåæäó ñîåäèíèòåëÿìè, áëèçêèé ïî ïîêàçàòåëþ ïðåëîìëåíèÿ ê âîëîêíó, èëè äåëàÿ çàçîð ìíîãî ìåíüøå äëèíû âîëíû. Îáû÷íî ñóììàðíûå ïîòåðè â ñîåäèíèòåëå ñîñòàâëÿþò äî 0,3-0,4 äÁ äëÿ îäíîìîäîâîãî è ìíîãîìîäîâîãî âîëîêîí. Ïðè ýòîì, åñòåñòâåííî, áîëåå æåñòêèå òðåáîâàíèÿ ïðåäúÿâëÿþòñÿ ê êà÷åñòâó îäíîìîäîâîãî ñîåäèíèòåëÿ.
Îáðàòíîå îòðàæåíèå è êîíòàêòû òèïà PC, Super PC, Ultra PC, APC Ðàññåÿíèå íå òîëüêî âåäåò ê îñëàáëåíèþ ïðîõîäÿùåãî ñèãíàëà, íî è óâåëè÷èâàåò îáðàòíûé ñâåòîâîé ïîòîê. Îáðàòíîå îòðàæåíèå, êàê ïðàâèëî, íà÷èíàåò ñêàçûâàòüñÿ â îïòè÷åñêèõ ëèíèÿõ øèðîêîïîëîñíîé öèôðîâîé ïåðåäà÷è, øèðîêîïîëîñíîé àíàëîãîâîé ïåðåäà÷è, èëè â ìàãèñòðàëüíûõ ëèíèÿõ ñ áîëüøèì ÷èñëîì ðàçúåìíûõ ñîïðÿæåíèé. Äëÿ ïîñòðîåíèÿ òàêèõ ëèíèé, â îñíîâíîì, èñïîëüçóåòñÿ îäíîìîäîâîå âîëîêíî. Ñèëüíîå îáðàòíîå îòðàæåíèå îò ñòûêîâ ñîåäèíèòåëåé ìîæåò âçàèìîäåéñòâîâàòü ñ àêòèâíîé ñðåäîé ëàçåðíîãî ïåðåäàò÷èêà è, â êîíå÷íîì èòîãå, ïðèâîäèòü ê íåíóæíûì äîïîëíèòåëüíûì ñâåòîâûì ñèãíàëàì.  àáîíåíòñêèõ øèðîêîâåùàòåëüíûõ ñåòÿõ êàáåëüíîãî òåëåâèäåíèÿ, èñïîëüçóþùèõ øèðîêîïîëîñíûå (äî 1 ÃÃö) àíàëîãîâûå îïòè÷åñêèå ïåðåäàò÷èêè, òàêàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü ïðèâîäèò ê ïàðàçèòíîé èíòåðôåðåíöèè ïåðåäàâàåìûõ ñèãíàëîâ, â ðåçóëüòàòå ÷åãî, íàïðèìåð, óõóäøàåòñÿ êà÷åñòâî âèäåîèçîáðàæåíèÿ. Ïðè öèôðîâîé ïåðåäà÷å îáðàòíîå ðàññåÿíèå ìåíåå êðèòè÷íî, îäíàêî ñóììàðíûé ýôôåêò îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ íà íåñêîëüêèõ ñòûêàõ ñîåäèíèòåëåé ìîæåò áûòü ïðè÷èíîé ïîòåðè áèòîâîé èíôîðìàöèè íà ïðèåìíîì óñòðîéñòâå. ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
39
Îáðàòíîå îòðàæåíèå ÿâëÿåòñÿ âòîðûì ïî ïàãóáíîñòè ôàêòîðîì ïîñëå âíîñèìûõ ïîòåðü. Êîýôôèöèåíò îáðàòíîãî îòðàæåíèÿ R îïðåäåëÿåòñÿ êàê R = Pr Pin , à ïîòåðè íà îáðàòíîì îòðàæåíèè èëè ïðîñòî îáðàòíûå ïîòåðè
Pr –
ãäå
b
– îïðåäåëÿþòñÿ êàê
b = 10 lg R = 10 lg Pr / Pin
[äÁ],
èíòåíñèâíîñòü îòðàæåííîãî èçëó÷åíèÿ. Çíàê ìèíóñ (â îòëè÷èè îò ñîîòíîøåíèÿ äëÿ
âíîñèìûõ ïîòåðü) çäåñü íàìåðåííî îòñóòñòâóåò, ÷òî âåäåò ê îòðèöàòåëüíûì çíà÷åíèÿì äëÿ îáðàòíûõ ïîòåðü. Ëó÷øèìè õàðàêòåðèñòèêàìè îáëàäàåò ñîåäèíåíèå ñ áîëåå íèçêèìè âíîñèìûìè ïîòåðÿìè (áëèæå ê 0 äÁ) è áîëåå íèçêèìè (áîëåå îòðèöàòåëüíûìè) îáðàòíûìè ïîòåðÿìè. Îñíîâíûì ôàêòîðîì, âíîñÿùèì âêëàä â îáðàòíîå îòðàæåíèå, ÿâëÿåòñÿ ôðåíåëåâñêîå îòðàæåíèå âñëåäñòâèå çàçîðà S (îáû÷íî âîçäóøíîãî) ìåæäó òîðöàìè âîëîêîí. Íàèáîëåå îáùåå âûðàæåíèå äëÿ êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ èìååò âèä
RF = n1
ãäå
(n
2 1
− n 2 ) sin 2 (2πnS λ ) 2
4n12 n 2 + (n12 − n 2 ) sin 2 (2πnS λ ) 2
,
(3-5)
– ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ âîëîêíà (îäèíàêîâûé äëÿ îáåèõ ñòîðîí),
n
– ïîêàçàòåëü
ïðåëîìëåíèÿ ñðåäû â çàçîðå (ðèñ. 3.3). Îáû÷íî ïðåíåáðåãàþò ðàçíèöåé â ïîêàçàòåëÿõ ïðåëîìëåíèÿ ìåæäó âîëîêíàìè ïðè ðàçúåìíîì ñîåäèíåíèè. Çàìåòèì, ÷òî R F + D F = 1 , ÷òî ñîîòâåòñòâóåò çàêîíó ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè. Íåïàðàëëåëüíîñòü òîðöîâ ïðèâîäèò ê ðàçíûì çíà÷åíèÿì çàçîðà S äëÿ ðàçíûõ ó÷àñòêîâ ñåðäöåâèíû.  ýòîì ñëó÷àå, ïðîèñõîäèò óñðåäíåíèå ïî îñöèëëÿöèÿì ñèíóñà, à îáðàòíûå ïîòåðè îïðåäåëÿþòñÿ êàê Ïðè
n1 = 1,5
è
n = 1,0 îíè
(
b F = −10 lg R F = −10 lg (n 1 − n )
2
(n
2 1
+ n2
)) [äÁ].
ðàâíû –11 äÁ. Êîýôôèöèåíò îòðàæåíèÿ ìîæåò îáðàùàòüñÿ â íóëü
ïðè íåíóëåâûõ çíà÷åíèÿõ çàçîðà S , êîãäà àðãóìåíò ñèíóñà êðàòåí π . Îäíàêî ïðàêòè÷åñêè ýòî íåâîçìîæíî äîñòè÷ü. Áîëåå òîãî, ýòî âûïîëíÿëîñü áû òîëüêî äëÿ îäíîé äëèíû âîëíû èëè åå óçêîé îêðåñòíîñòè. Ïîýòîìó, òîëüêî ïóòåì óìåíüøåíèÿ âåëè÷èíû çàçîðà ìîæíî äîñòè÷ü áîëåå íèçêèõ çíà÷åíèé êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ è, ñîîòâåòñòâåííî, îáðàòíûõ ïîòåðü.  òàáë. 3.1 ïðèâåäåíû çíà÷åíèÿ îáðàòíûõ ïîòåðü äëÿ ðàçíûõ îòíîøåíèé çàçîðà è äëèíû âîëíû.
Òàáëèöà 3.1. Çàâèñèìîñòü ôðåíåëåâñêîãî îòðàæåíèÿ îò âåëè÷èíû çàçîðà (n1=1,5; n=1,0; ðèñ. 3.3)
S/λ
Êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è, DF
Âíîñèìûå ïîòåðè, aF, äÁ
Êîýôôèöèåíò îòðàæåíèÿ, RF
Îáðàòíûå ïîòåðè, bF, äÁ
0,250
0,85207
0,69524
0,14793
–8,3
0,100
0,94341
0,25298
0,05659
–12,5
0,050
0,98369
0,07141
0,01631
–17,9
0,020
0,99728
0,01183
0,00272
–25,7
0,010
0,99932
0,00297
0,00068
–31,6
0,005
0,99983
0,00074
0,00017
–37,7
0,002
0,99997
0,00012
0,00003
–45,6
0,001
0,99999
0,00003
0,00001
–51,6
Ïðè ìàëûõ çíà÷åíèÿõ
S λ ( S λ <0,1)
âêëàä ôðåíåëåâñêîãî îòðàæåíèÿ âî âíîñèìûå ïî-
òåðè ïðåíåáðåæèìî ìàë, òåì íå ìåíåå èìåííî ôðåíåëåâñêîå îòðàæåíèå ÿâëÿåòñÿ ãëàâíûì ôàêòîðîì îáðàòíûõ ïîòåðü. Çíà÷èòåëüíîå óìåíüøåíèå çàçîðà äîñòèãàåòñÿ ïðè ñôåðè÷åñêîé ïîâåðõíîñòè òîðöîâ, ÷òî ïîçâîëÿåò îáåñïå÷èòü ôèçè÷åñêèé êîíòàêò (physical contact, PC) âîëîêîí [5]. Ïî÷åìó íå èñïîëüçîâàòü ïëîñêóþ ïîâåðõíîñòü òîðöîâ? Ïîòîìó, ÷òî íà ïðàêòèêå ñîçäàíèå î÷åíü áëèçêèõ ê íîðìàëè ïîâåðõíîñòåé çàòðóäíèòåëüíî. Áîëåå âåðîÿòíî, ÷òî òîðöû îáîèõ íàêîíå÷íèêîâ áóäóò èìåòü íåáîëüøèå îòêëîíåíèÿ, íî âïîëíå äîñòàòî÷íûå, ÷òîáû îáðàçîâàëñÿ çàçîð ìåæäó ñåðäöåâèíàìè âîëîêîí, ðèñ. 3.4 à. Òàê, îòêëîíåíèå íà óãîë ϕ = 0,05o ìåæäó ïëîñêîñòÿìè íà40
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
êîíå÷íèêîâ ïðèâîäèò ê çàçîðó îêîëî 1 ìêì (äèàìåòð íàêîíå÷íèêà 2,5 ìì). Ïðè ñôåðè÷åñêîé ïîâåðõíîñòè òîðöîâ ñîïðèêîñíîâåíèå âñåãäà ïðîèñõîäèò â îêðåñòíîñòè ñâåòîíåñóùåé ñåðäöåâèíû âîëîêîí, ðèñ. 4 á. Ñóùåñòâóþò òðè ãðàäàöèè ôèçè÷åñêîãî êîíòàêòà, îòëè÷àþùèåñÿ óðîâíåì ïîòåðü íà îáðàòíîì îòðàæåíèè: PC < –30 äÁ; SuperPC < –40 äÁ; UltraPC < –50 äÁ. Èç òàáë. 3.1 ìîæíî îöåíèòü, êàêèå çàçîðû ñîîòâåòñòâóþò ýòèì ãðàäàöèÿì. Ðàäèóñ êðèâèçíû R ïðè PC-ñîåäèíåíèè ìîæåò íàõîäèòüñÿ â äèàïàçîíå îò 15 äî 25 ìì. Ïðè÷èíîé ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèé ÿâëÿåòñÿ íå òåõíîëîãèÿ ïðîöåññà ïîëèðîâêè, à ðàçíûå òðåáîâàíèÿ, ïðåäúÿâëÿåìûå ê ðàçíûì êîíñòðóêöèÿì è ýëåìåíòàì ñîåäèíèòåëåé (íàïðèìåð, ê êåðàìè÷åñêèì è ìåòàëëè÷åñêèì íàêîíå÷íèêàì). Îáðàòíîå ðàññåÿíèå ìîæåò áûòü åùå áîëüøå óìåíüøåíî ïðè èñïîëüçîâàíèè óãëîâîãî (íàêëîííîãî) ôèçè÷åñêîãî êîíòàêòà (angled PC, APC), ðèñ. 3.4 â. Ïðè íàêëîííîì òîðöå äàæå â òîì ñëó÷àå, êîãäà íåò ôèçè÷åñêîãî êîíòàêòà, ñèëüíûé îòðàæåííûé ñèãíàë íå ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ îáðàòíî ïî ñåðäöåâèíå âîëîêíà, à ïîïàäàåò â îáîëî÷êó. Óãîë íàêëîíà θ íàêîíå÷íèêà îïðåäåëÿåòñÿ êàê óãîë ìåæäó îñüþ ñâåòîâîäíîé ñåðäöåâèíû è íîðìàëüþ ê ïëîñêîñòè, êàñàòåëüíîé â òî÷êå ïîâåðõíîñòè, ãäå íàõîäèòñÿ ñåðäöåâèíà, ðèñ.3.4 â. Ïîòåðè íà îáðàòíîì îòðàæåíèè äëÿ APC îáû÷íî ìåíüøå –60 äÁ, à òèïè÷íûå çíà÷åíèÿ ìîãóò áûòü –75 äÁ. Ðàäèóñ êðèâèçíû R äëÿ APC ìîæåò íàõîäèòüñÿ â äèàïàçîíå îò 5 äî 15 ìì. Óìåíüøåíèå ðàäèóñîâ êðèâèçíû ïî ñðàâíåíèþ ñ PC îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî ìåíüøèé ðàäèóñ êðèâèçíû îáåñïå÷èâàåò áîëüøóþ âàðèàöèþ óãëà ∆θ = θ1 − θ 2 ìåæäó íàêîíå÷íèêàìè ïðè ñîõðàíåíèè ôèçè÷å-
ñêîãî êîíòàêòà. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ñòóïåí÷àòîãî îäíîìîäîâîãî âîëîêíà óãîë íàêëîíà θ ñîñòàâëÿåò 8o, ÷òî ïðèâîäèò ê ïîòåðÿì íà îáðàòíîå îòðàæåíèå â ðàéîíå –70 äÁ. ×òî êàñàåòñÿ âîëîêíà ñî ñìåùåííîé äèñïåðñèåé, òî îíî èìååò áîëüøèå ÷èñëîâûå àïåðòóðû ïî ñðàâíåíèþ ñî ñòóïåí÷àòûì. Ïîýòîìó ïðè èñïîëüçîâàíèè îäíîìîäîâîãî âîëîêíà ñî ñìåùåííîé äèñïåðñèåé äëÿ òîãî, ÷òîáû îáåñïå÷èòü òàêèå æå íèçêèå ïîòåðè íà îáðàòíîì îòðàæåíèè, óãîë íàêëîíà äåëàþò áîëüøå – ñòàíäàðòèçèðîâàíî çíà÷åíèå 12o [6]. ϕ
θ R
R
а)
б)
в)
Ðèñ. 3.4. Òèïû êîíòàêòîâ ñîåäèíèòåëåé: à) ïëîñêàÿ ïîâåðõíîñòü; á) ñôåðè÷åñêàÿ ïîâåðõíîñòü – ôèçè÷åñêèé êîíòàêò (PC); â) íàêëîííàÿ ñôåðè÷åñêàÿ ïîâåðõíîñòü – óãëîâîé ôèçè÷åñêèé êîíòàêò (APC)
Èç-çà áîëåå ñëîæíîé ïðîöåäóðû èçãîòîâëåíèÿ ñòàíäàðò APC íå ïîëó÷èë åùå äîñòàòî÷íîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ. Îäíàêî â øèðîêîïîëîñíûõ àáîíåíòñêèõ ñåòÿõ HFC, à òàêæå â óëüòðàñêîðîñòíûõ îïòè÷åñêèõ ìàãèñòðàëÿõ (äî 1 Ãáèò/c è áîëåå) ðåêîìåíäóåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ñòàíäàðòà APC. Ê ðîñòó îáðàòíîãî îòðàæåíèÿ âåäåò áîëüøîå êîëè÷åñòâî ìèêðîòðåùèí íà òîðöåâîé ïîâåðõíîñòè âîëîêíà. Óìåíüøàòü èõ êîëè÷åñòâî ìîæíî, âûáèðàÿ îïòèìàëüíóþ òåõíîëîãèþ ïîëèðîâêè ïîâåðõíîñòè íàêîíå÷íèêà.
Íàäåæíîñòü, ìåõàíè÷åñêèå, êëèìàòè÷åñêèå è äðóãèå âîçäåéñòâèÿ Êîëè÷åñòâî ïåðåïîäêëþ÷åíèé. Îáû÷íî ñîåäèíèòåëè ðàññ÷èòàíû íà 500-1000 ïåðåïîäêëþ÷åíèé. Çà ýòî âðåìÿ óâåëè÷åíèå âíîñèìûõ ïîòåðü íå äîëæíî ïðåâûñèòü 0,2 äÁ. Ýòîãî êîëè÷åñòâà ïîäêëþ÷åíèé ïðè îáû÷íîé ýêñïëóàòàöèè áîëåå, ÷åì äîñòàòî÷íî. Ðàçúåìíîå ñîåäèíåíèå ñ÷èòàåòñÿ íàèáîëåå ñëàáûì çâåíîì â êàáåëüíîé ñèñòåìå. Ñèëüíîå íàïðÿæåíèå íà ìèíèêàáåëü, èäóùèé ê ñîåäèíèòåëþ, èëè ðåçêèå âîçäåéñòâèÿ (íà êàáåëü, íà ñîåäèíèòåëü) ìîãóò ïðèâåñòè ê óõóäøåíèþ òåõíè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê ñîåäèíåíèÿ, èëè ïîâðåäèòü åãî. Îáû÷íî ìåñòà êðåïëåíèÿ ïåðåõîäíûõ ðîçåòîê äåëàþòñÿ ïîä íàâåñîì, èëè â íèøå. Àêêóðàòíàÿ ýêñïëóàòàöèÿ ìåñò êðîññèðîâàíèÿ îïòè÷åñêèõ êàáåëåé óâåëè÷èâàåò ñðîê ñëóæáû ñîåäèíèòåëåé è âñåé êàáåëüíîé ñèñòåìû â öåëîì.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
41
Áîëüøèíñòâî ñîåäèíèòåëåé ðàññ÷èòàíî íà ýêñïëóàòàöèþ âíóòðè ïîìåùåíèé. Ïîääåðæèâàòü ÷èñòîòó äëÿ îïòè÷åñêèõ ñîåäèíèòåëåé áîëåå âàæíî, ÷åì äëÿ ýëåêòðè÷åñêèõ. Çàãðÿçíåíèå ïîâåðõíîñòè êîíòàêòà íå òîëüêî âëèÿåò íà âíîñèìûå ïîòåðè, íî è ñèëüíî ñêàçûâàåòñÿ íà îáðàòíîì îòðàæåíèè, òàê êàê îíî ïðåïÿòñòâóåò ôèçè÷åñêîìó êîíòàêòó.  ýëåìåíòû êîíñòðóêöèé ñîâðåìåííûõ êðîññîâûõ ïàíåëåé çàêëàäûâàåòñÿ âîçìîæíîñòü ëåãêîãî äîñòóïà ê ëþáîìó ñîåäèíèòåëþ èëè ê ïåðåõîäíîé ðîçåòêå ñ öåëüþ ïðîâåäåíèÿ ÷èñòêè. Îïòè÷åñêèå øíóðû è ïåðåõîäíûå ðîçåòêè, åñëè íåò ïîäêëþ÷åíèÿ, çàêðûâàþòñÿ ñïåöèàëüíûìè ïûëåâëàãîçàùèòíûìè êîëïà÷êàìè. Íå ñëåäóåò èõ ñíèìàòü äî ìîìåíòà èñïîëüçîâàíèÿ.
Ñòàíäàðòû ñîåäèíèòåëåé Íîìåíêëàòóðà ñòàíäàðòíûõ ñîåäèíèòåëåé äîñòàòî÷íà âåëèêà: Biconic, D4, D-hole FC, FC, SC, MIC (FDDI), ESCON, SMA, ST, Ëèñò-Õ è äðóãèå. Íàèáîëåå øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èëè ñîåäèíèòåëè SC, ST è FC. Îáùèå æå òåíäåíöèè ãîâîðÿò î òîì, ÷òî â áóäóùåì ñòàíåò ïðåîáëàäàòü ñîåäèíèòåëü SC (òàáë. 3.2).
Òàáëèöà 3.2. Còàíäàðòû îïòè÷åñêèõ ñîåäèíèòåëåé* Ñòðàíà
Ñòàðûå ñòàíäàðòû (îñòàþùèåñÿ â èñïîëüçîâàíèè)
Íîâûå ñòàíäàðòû (íàïðàâëåíèÿ ðàçâèòèÿ)
Àâñòðèÿ
FC/PC (IEC 874-7)
FC/PC (IEC 874-7)
Àíãëèÿ
FC/PC (IEC 874-7)
FC/PC (IEC 874-7)
Áåëüãèÿ
Optaball (CF-03, IEC 874-3)
EC (CF-08, IEC 874-13)
Ãåðìàíèÿ
DIN47256 (LSA, IEC 874-6)
SC-APC (IEC 874-14) (EC)
Ãîëëàíäèÿ
OCCU-PC (IEC 874-11)
SC/PC (IEC 874-14)
Äàíèÿ
FC/PC (IEC 874-7)
SC/PC (IEC 874-14)
Èðëàíäèÿ
FC/PC (IEC 874-7)
FC/PC (IEC 874-7)
Èñïàíèÿ
FC/PC (IEC 874-7)
SC/PC, SC-APC (IEC 874-14)
Èòàëèÿ
Biconic (BAM, IEC 874-5), FC/PC (IEC 874-7)
SC/PC, SC-APC (IEC 874-14)
Ëþêñåìáóðã
DIN47256 (LSA, IEC 874-6)
DIN47256 (LSA, IEC 874-6)
Íîðâåãèÿ
FC/PC (IEC 874-7)
SC/PC (IEC 874-14)
Ðîññèÿ
FC/PC (IEC 874-7)
FC/PC (IEC 874-7)
ÑØÀ
Biconic (BAM, IEC 874-5), FC/PC (IEC 874-7)
SC/PC (IEC 874-14)
Ôèíëÿíäèÿ
FC/PC (IEC 874-7)
SC/PC (IEC 874-14)
Ôðàíöèÿ
Optaball (CF-03, IEC 874-3)
EC (CF-08, IEC 874-13)
Øâåéöàðèÿ
FC/PC (IEC 874-7)
FC/PC (IEC 874-7)
Øâåöèÿ
FC/PC (IEC 874-7)
SC/PC (IEC 874-14)
ßïîíèÿ
FC/PC (IEC 874-7)
SC/PC (IEC 874-14)
* Ñâåäåíèÿ ïðåäîñòàâëåíû ôèðìîé Molex
SC Ñîåäèíèòåëü SC, äèçàéí êîòîðîãî ïðèíàäëåæèò ÿïîíñêîé ôèðìå NTT, ñ÷èòàåòñÿ ñàìûì ïåðñïåêòèâíûì, è ïðèìåíÿåòñÿ âî âñåõ îòðàñëÿõ, ñâÿçàííûõ ñ ÂÎËÑ. Ïðÿìîóãîëüíàÿ ôîðìà âíåøíåé êîíñòðóêöèè ñ ìàëûìè ðàçìåðàìè îáåñïå÷èâàþò âûñîêóþ êîìïàêòíîñòü ñîåäèíèòåëÿ SC, ðèñ. 3.5 à. Êîíñòðóêöèÿ – çàùåëêà ñ ôèêñàòîðîì (push-pull) – îáåñïå÷èâàåò ïðîñòîå ïîäêëþ÷åíèå è áîëüøóþ êîíöåíòðàöèþ ñîåäèíèòåëåé íà îïòè÷åñêèõ ïàíåëÿõ. Ñîåäèíèòåëü SC âûïóñêàåòñÿ êàê íà ìíîãîìîäîâîå (mm), òàê è íà îäíîìîäîâîå (sm) âîëîêíî. Íà ðèñ. 3.5 â) ïîêàçàíà ïåðåõîäíàÿ ðîçåòêà SC. Åñòü òàêæå äðóãàÿ âåðñèÿ SC – ïîëÿðíûé ñîåäèíèòåëü Duplex SC, è, ñîîòâåòñòâåííî, ðîçåòêà Duplex SC, ðèñ. 3.5 á, ã. Ïðè ñîåäèíåíèè Duplex SC îáåñïå÷èâàåòñÿ äâóíàïðàâëåííûé êàíàë ñâÿçè ïî ïàðå îïòè÷åñêèõ âîëîêîí. Ìåæäóíàðîäíûå îðãàíèçàöèè ISO è TIA îäîáðèëè ñîåäèíèòåëü è ðîçåòêó Duplex SC â êà÷åñòâå ìåæäóíàðîäíîãî ñòàíäàðòà. Âûïóñêàåòñÿ åùå áîëåå êîìïàêòíûé âàðèàíò ðîçåòêè íà 4 ïàðû ñîåäèíèòåëåé SC – ðîçåòêà 4SC, ðèñ. 3.5 ä. 42
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
à)
á)
â)
ã)
ä)
Ðèñ. 3.5. Ñòàíäàðò SC: à) ñîåäèíèòåëü SC; á) ñîåäèíèòåëü Duplex SC; â) ðîçåòêà SC; ã) ðîçåòêà Duplex SC; ä) ðîçåòêà 4SC Äîïóñòèìûå ïîäêëþ÷åíèÿ (â ðàñ÷åòå íà îäíó ñòîðîíó): ðîçåòêà SC: îäèí ñîåäèíèòåëü SC; ðîçåòêà Duplex SC: îäèí ñîåäèíèòåëü Duplex SC èëè äâà ñîåäèíèòåëÿ SC; ðîçåòêà 4SC: ÷åòûðå ñîåäèíèòåëÿ SC. Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè ñòàíäàðòà SC ïðèâåäåíû â òàáë. 3.3.
ST Ñîåäèíèòåëü ST (ðèñ. 3.6 à, á) ïîÿâèëñÿ ðàíüøå, ÷åì SC. Åãî îñíîâíàÿ îáëàñòü ïðèìåíåíèÿ – ñåòè ïåðåäà÷è äàííûõ, â îñîáåííîñòè ëîêàëüíûå ñåòè. Ñîåäèíèòåëè ST âûïóñêàþòñÿ êàê íà ìíîãîìîäîâîå, òàê è íà îäíîìîäîâîå âîëîêíî. Íàèáîëüøóþ ïîïóëÿðíîñòü ïîëó÷èë ñòàíäàðò ST mm (Ethernet). Îí ñòàíäàðòèçîâàí äëÿ ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ Ethernet ñ èíòåðôåéñîì íà ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî (10Base-FL). Ñîåäèíèòåëè ST èìåþò êðóãëîå ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå, ñ ïîäïðóæèíåííûì íàêîíå÷íèêîì è áàéîíåòíûì òèïîì ôèêñàöèè ñ êëþ÷îì. Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè ñòàíäàðòà ST ïðèâåäåíû â òàáë. 3.3.
à)
á)
â)
Ðèñ. 3.6. Ñòàíäàðò ST: à) ñîåäèíèòåëü ST; á) ñîåäèíèòåëü ST (ïîä âîëîêíî âî âòîðè÷íîì áóôåðå); â) ðîçåòêà ST
FC Ðåçüáîâîé ñîåäèíèòåëü FC (ðèñ. 3.7 à, á) áûë ðàçðàáîòàí â íà÷àëå 80-õ ãîäîâ. Îí èìååò íàêîíå÷íèê òàêîãî æå äèàìåòðà, êàê SC è ST (2,5 ìì). Ïðåèìóùåñòâåííî èñïîëüçóåòñÿ ñ îäíîìîäîâûì âîëîêíîì. Åãî îïòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè òàêèå æå, êàê ó SC. Ê ñîæàëåíèþ, çàêðó÷èâàíèå ãàéêè ïðè ïîäêëþ÷åíèè äåëàåò åãî ìåíåå óäîáíûì, ÷åì SC, è íå ïîçâîëÿåò åìó èìåòü äóïëåêñíûé àíàëîã. Ïî ýòîé æå ïðè÷èíå ñîåäèíèòåëü FC íå òàêîé êîìïàêòíûé, êàê SC. Ñîîòâåòñòâóþùàÿ ðîçåòêà ïðèâåäåíà íà ðèñ. 3.7 â. Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè ñòàíäàðòà FC ïðèâåäåíû â òàáë. 3.3.
à)
á)
â)
Ðèñ. 3.7. Ñòàíäàðò FC: à) ñîåäèíèòåëü FC; á) ñîåäèíèòåëü FÑ (ïîä âîëîêíî âî âòîðè÷íîì áóôåðå); â) ðîçåòêà FÑ ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
43
Òàáëèöà 3.3. Îïòè÷åñêèå ñîåäèíèòåëè FC, SC, ST Âíåøíèé âèä ñîåäèíèòåëÿ Ñòàíäàðò
FC
Îáîçíà÷åíèå
FC/PC
SC SC MM
ST SC SM
ST MM
ST SM
Ôèçè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè Òèï ñîåäèíåíèÿ (ôèêñàöèÿ)
Ðåçüáà Ì8õ0.75, êëþ÷
Çàùåëêà ñ ôèêñàòîðîì (äèçàéí push-pull)
Ñòûêîâêà
Ñêðóãëåííûé òîðåö, ôèçè÷åñêèé êîíòàêò, ïëàâàþùèé íàêîíå÷íèê, êîíñòðóêöèÿ áåç óòÿãèâàíèÿ êàáåëÿ
Ñîâìåñòèìîå âîëîêíî
SMF: D/125 ìêì
Áàéîíåòíàÿ ôèêñàöèÿ ñ êëþ÷îì Ñêðóãëåííûé òîðåö, ôèçè÷åñêèé êîíòàêò, ïîäïðóæèíåííûé íàêîíå÷íèê
MMF: 50/125; SMF: MMF: 50/125; 62,5/125 ìêì D/125 ìêì 62,5/125 ìêì
SMF: D/125 ìêì
Îïòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè Âíîñèìûå
FLAT
< 1,0 äÁ
–
–
–
–
ïîòåðè
PC
< 0,5 äÁ
< 0,25 äÁ
< 0,5 äÁ
< 0,7 äÁ
< 1,0 äÁ
SPC
< 0,5 äÁ
< 0,25 äÁ
< 0,5 äÁ
–
< 0,7 äÁ
UPC
< 0,5 äÁ
–
< 0,5 äÁ
–
< 0,7 äÁ
APC
< 0,5 äÁ
–
< 0,5 äÁ
–
–
Îáðàòíûå
FLAT
–
–
–
–
–
ïîòåðè
PC
< –27 äÁ
< –22 äÁ
< –27 äÁ
–
< –30 äÁ
SPC
< –40 äÁ
< –36 äÁ
< –40 äÁ
–
< –40 äÁ
UPC
< –50 äÁ
–
< –50 äÁ
–
< –50 äÁ
APC
< –60 äÁ
–
< –60 äÁ
–
–
ËÂÑ
–
+
+
+
+
Ñèñòåìû ñâÿçè
+
–
+
–
+
Êàáåëüíîå òåëåâèäåíèå
+
–
+
–
–
Ïðèìåíåíèå
Ñîêðàùåíèÿ: SMF – îäíîìîäîâîå âîëîêíî, MMF – ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî, D – äèàìåòð ñåðäöåâèíû SMF (8÷10 ìêì), FLAT – ïëîñêèé òîðåö, PC – ñôåðè÷åñêèé òîðåö, SPC – ñôåðè÷åñêèé òîðåö, UPC – ñôåðè÷åñêèé òîðåö, APC – óãëîâîé ñôåðè÷åñêèé òîðåö
MIC Ïîëÿðíûé äóïëåêñíûé ñîåäèíèòåëü MIC (media interface connector) áûë ðàçðàáîòàí ñïåöèàëüíî äëÿ ëîêàëüíîé ñåòè FDDI, ðèñ. 3.8. Ýòîò ñîåäèíèòåëü ñõîæ ñ ñîåäèíèòåëåì Duplex SC. Êëþ÷, ÿâëÿþùèéñÿ íåèçìåííûì àòðèáóòîì ñîåäèíèòåëÿ MIC, çàäàåò íå òîëüêî íóæíóþ ïîëÿðíîñòü ïîäêëþ÷åíèÿ, íî è òèï ïîðòà (A, B, Master, Slave). Áîëåå ïîäðîáíî ýòîò ñîåäèíèòåëü ðàññìîòðåí â ðàçäåëå, ïîñâÿùåííîì ñòàíäàðòó FDDI.
Ðèñ. 3.8. Ñîåäèíèòåëü MIC (FDDI)
Îïòè÷åñêèå øíóðû Îïòè÷åñêèé øíóð – ýòî îïòè÷åñêèé ìèíèêàáåëü, îêîíöîâàííûé ñ îáåèõ ñòîðîí ñîåäèíèòåëÿìè. Îïòè÷åñêèå øíóðû áûâàþò îäíîìîäîâûå, ìíîãîìîäîâûå (ñ îäíîìîäîâûì è ìíîãîìî44
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
äîâûì âîëîêíîì, ñîîòâåòñòâåííî), îäèíî÷íûå (ñ îäíèì âîëîêíîì), äâîéíûå (ñ äâóìÿ âîëîêíàìè). Îíè òàêæå ðàçëè÷àþòñÿ òèïîì ñîåäèíèòåëåé è ìîãóò ïîñòàâëÿòüñÿ ðàçíîé äëèíû ïîä çàêàç. Ïðèìåð îáîçíà÷åíèÿ îïòè÷åñêîãî øíóðà: ST – Duplex SC MM 50/125 5ì. Ýòî äâîéíîé îïòè÷åñêèé øíóð ñ ìíîãîìîäîâûì âîëîêíîì 50/125 äëèíîé 5ì, îêîíöîâàííûé ñ îäíîé ñòîðîíû ñîåäèíèòåëåì Duplex SC, ñ äðóãîé ñòîðîíû – äâóìÿ ñîåäèíèòåëÿìè ST. Îñíîâíûå ôóíêöèÿ îïòè÷åñêîãî øíóðà – îáåñïå÷åíèå ñîåäèíåíèÿ: ìåæäó ðàçíûìè àêòèâíûìè ñåòåâûìè óñòðîéñòâàìè; ìåæäó ñåòåâûì óñòðîéñòâîì è îïòè÷åñêèì ðàñïðåäåëèòåëüíûì óçëîì; âíóòðè îïòè÷åñêîãî ñîåäèíèòåëüíîãî óçëà èëè êðîññà (âíóòðåííÿÿ êðîññ-êîììóòàöèÿ). Ïðèìåðû îïòè÷åñêèõ øíóðîâ ïðèâåäåíû íà ðèñ. 3.9.
à)
á)
Ðèñ. 3.9. Ïðèìåðû îäèíî÷íûõ îïòè÷åñêèõ øíóðîâ: à) ST-ST; á) SC-ST Ðîçåòêà äîëæíà ñîîòâåòñòâîâàòü òèïó ñîåäèíèòåëåé. Âûïóñêàþòñÿ ïåðåõîäíûå ðîçåòêè, îáåñïå÷èâàþùèå ñî÷ëåíåíèå ðàçíîðîäíûõ ñîåäèíèòåëåé. Îäíàêî òàêèå ðîçåòêè ïîëó÷èëè ìåíüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå èç-çà òîãî, ÷òî íå ñîñòàâëÿåò áîëüøîãî òðóäà èçãîòîâëåíèå îïòè÷åñêîãî øíóðà ñ ðàçíûìè òèïàìè ñîåäèíèòåëåé.
Àäàïòåðû áûñòðîãî îêîíöåâàíèÿ Èçãîòîâëåíèå îïòè÷åñêèõ øíóðîâ, ò.å. çàäåëêà îïòè÷åñêîãî âîëîêíà â ñîåäèíèòåëü íàðÿäó ñ êîíñòðóêòîðîì ñîåäèíèòåëÿ è ìèíèêàáåëåì òðåáóåò ïðèåìëåìûõ ëàáîðàòîðíûõ óñëîâèé äëÿ ìîíòàæà è ñïåöèàëüíîãî îáîðóäîâàíèÿ, â ÷àñòíîñòè: ïîëèðîâàëüíîãî îáîðóäîâàíèÿ (îáîðóäîâàíèÿ äëÿ ðó÷íîé ïîëèðîâêè è/èëè ñïåöèàëèçèðîâàííîé ïîëèðîâàëüíîé ìàøèíû), ïå÷êè äëÿ îáåñïå÷åíèÿ áîëåå áûñòðîãî çàòâåðäåâàíèÿ ýïîêñèäíîãî êëåÿ. Èíîãäà äëÿ âûïîëíåíèÿ áûñòðîãî ñîåäèíåíèÿ ïðîùå èñïîëüçîâàòü àäàïòåð áûñòðîãî îêîíöåâàíèÿ îáíàæåííîãî âîëîêíà. Òàêàÿ çàäåëêà âîëîêíà ÿâëÿåòñÿ âðåìåííîé ïðîöåäóðîé è ïðèìåíÿåòñÿ ê âîëîêíàì â ñòàíäàðòíîì 3 ìì ìèíèêàáåëå è 900 ìêì áóôåðå (tight-buffer). Àäàïòåðû áûñòðîãî îêîíöåâàíèÿ èñïîëüçóþò ñòàíäàðòíûå ñîåäèíèòåëè ST, FC, SC è îáåñïå÷èâàþò ïîòåðè ïðè ñîåäèíåíèè ñ äðóãèìè ñòàíäàðòíûìè ñîåäèíèòåëÿìè ìåíåå 1 äÁ ïðè îäíîìîäîâûõ è ìíîãîìîäîâûõ ñîåäèíåíèÿõ [7].
Ìåõàíè÷åñêèé ñïëàéñ (ÌÑ) Ïðè ðàçðûâå âîëîêîí ÂÎÊ, íàïðèìåð â ïîëåâûõ óñëîâèÿõ, ìîæíî âîññòàíîâèòü ïîâðåæäåíèÿ, íå ïðèáåãàÿ ê ñâàðêå âîëîêîí. ÌÑ – ýòî ïðåöèçèîííîå, ïðîñòîå â èñïîëüçîâàíèè, íåäîðîãîå óñòðîéñòâî äëÿ áûñòðîé ñòûêîâêè îáíàæåííûõ ìíîãîìîäîâûõ è îäíîìîäîâûõ âîëîêîí â ïîêðûòèè ñ äèàìåòðîì 250 ìêì-1 ìì ïîñðåäñòâîì ñïåöèàëüíûõ ìåõàíè÷åñêèõ çàæèìîâ. ÌÑ ïðåäíàçíà÷åí äëÿ ìíîãîðàçîâîãî (îðãàíèçàöèÿ âðåìåííûõ ñîåäèíåíèé) èëè îäíîðàçîâîãî (îðãàíèçàöèÿ ïîñòîÿííîãî ñîåäèíåíèÿ) èñïîëüçîâàíèÿ. Ñòåêëÿííûé êàïèëëÿð, çàïîëíåííûé èììåðñèîííûì ãåëåì, îáåñïå÷èâàåò âíîñèìûå ïîòåðè < 0,2 äÁ è îáðàòíûå ïîòåðè < –50 äÁ, [7, 8]. Ïî íàäåæíîñòè è ïî âíîñèìûì ïîòåðÿì ìåõàíè÷åñêèé ñïëàéñ óñòóïàåò ñâàðíîìó ñîåäèíåíèþ.
Ïðîèçâîäèòåëè è ïîñòàâùèêè Èç-çà îáèëèÿ ïîñòàâùèêîâ, ðàçíîîáðàçèÿ òèïîâ, ïðèâëåêàòåëüíîé öåíû, õàðàêòåðèñòèê, ãîâîðÿùèõ îá èñêëþ÷èòåëüíî íèçêèõ ïîòåðÿõ, íà ðûíêå âûñîêîêà÷åñòâåííûõ âîëîêîííîîïòè÷åñêèõ êîìïîíåíòîâ ïîëüçîâàòåëè ñòîÿò ïåðåä çàäà÷åé âûáîðà ñîåäèíèòåëÿ èëè îïòè÷åñêîãî øíóðà ñ ëó÷øèìè ïàðàìåòðàìè, ÷òî â êîíå÷íîì èòîãå âëèÿåò íà ðàáîòîñïîñîáíîñòü îïòè÷åñêîé ñèñòåìû, îòäåëüíûõ óñòðîéñòâ, à òàêæå ñåòè â öåëîì. Íåñìîòðÿ íà ìíîãî÷èñëåííûå îïòè÷åñêèå êîìïîíåíòû, ïðèìåíÿåìûå â ñåòÿõ, îïòè÷åñêèå ñîåäèíèòåëè íå ñòîÿò îòäåëüíîé åäèíèöåé îò îñòàëüíûõ, õîðîøî îïðåäåëåííûõ ñåòåâûõ ýëåìåíòîâ. Ñîåäèíèòåëè ñîïðÿãàþòñÿ ñ äðóãèìè ñîåäèíèòåëÿìè è ïîäâåðãàþòñÿ ìíîãîêðàòÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
45
íûì îòêëþ÷åíèÿì è ïîäêëþ÷åíèÿì â ïðîöåññå ýêñïëóàòàöèè ñåòè. Îñíîâíîå, ÷òî îíè äîëæíû äåëàòü – ýòî îáåñïå÷èâàòü õîðîøåå è íàäåæíîå ñîåäèíåíèå. Ïîýòîìó ðàáî÷èå õàðàêòåðèñòèêè ñîåäèíèòåëåé çàâèñÿò êàê îò ñîñòàâëÿþùèõ äåòàëåé (êîíñòðóêòîðîâ) ñîåäèíèòåëåé, ïðîèçâîäèìûõ, êàê ïðàâèëî, ðàçíûìè ôèðìàìè â ðàçíîå âðåìÿ è èç ðàçëè÷íûõ ìàòåðèàëîâ, òàê è ñîáñòâåííî îò ñáîðêè îïòè÷åñêèõ øíóðîâ. Ñëåäîâàòåëüíî, äëÿ òîãî, ÷òîáû ãàðàíòèðîâàòü íîðìàëüíûå ýêñïëóàòàöèîííûå õàðàêòåðèñòèêè, íåîáõîäèìî íà âñåõ ýòàïàõ (îò ïðîèçâîäñòâà êîìïîíåíòíîé áàçû äî ïðîèçâîäñòâà îêîíöîâàííîãî ñîåäèíèòåëÿìè îïòè÷åñêîãî ìèíèêàáåëÿ) ñîáëþäàòü òåõíîëîãèþ ïðîèçâîäñòâà è îñóùåñòâëÿòü òåõíîëîãè÷åñêèé êîíòðîëü êà÷åñòâà. Ïðè ïðîèçâîäñòâå îïòè÷åñêîãî øíóðà ñëåäóåò ñòðîãî ñîáëþäàòü òåõíîëîãèþ øëèôîâêè òîðöîâ (ïðè ýòîì äîïóñêàåòñÿ êàê ìàøèííàÿ, òàê è ðó÷íàÿ øëèôîâêà, ÷òî âêëþ÷àåò îïòèìàëüíûé âûáîð àáðàçèâíûõ ïîâåðõíîñòåé, âðåìåííûõ ðåæèìîâ). Òîëüêî åñëè ñòðîãî âûïîëíåíû âñå ïðîèçâîäñòâåííûå íîðìàòèâû, ìîæíî îæèäàòü íîðìàëüíóþ ðàáîòó ñîåäèíèòåëåé. Ïåðåä ïîñòàâêîé îïòè÷åñêîãî øíóðà îñóùåñòâëÿåòñÿ åãî âûõîäíîé êîíòðîëü ñ çàìåðîì äâóõ îñíîâíûõ õàðàêòåðèñòèê: âíîñèìûõ è îáðàòíûõ ïîòåðü. Åñëè ïîêàçàòåëè íå óäîâëåòâîðèòåëüíû, òî øíóð îòïðàâëÿåòñÿ íà äîðàáîòêó. Íàèáîëåå êðóïíûå ìèðîâûå ïðîèçâîäèòåëè êîìïîíåíòíîé áàçû: Seiko Instruments, 3M, AMP, Amphenol, Molex, ADC Telecommunications. Êðóïíûì ïðîèçâîäèòåëåì îïòè÷åñêèõ ñîåäèíèòåëåé (êîíñòðóêòîðîâ) â Ðîññèè ÿâëÿåòñÿ ôèðìà "Ïåðñïåêòèâíûå Òåõíîëîãèè". Ñëåäóåò ñêàçàòü, ÷òî ëèäåðñòâî ïî ïðîèçâîäñòâó îäíîé èç ñàìûõ ïðåöèçèîííûõ äåòàëåé – îïòè÷åñêîãî íàêîíå÷íèêà – ïðèíàäëåæèò ôèðìå Seiko Instruments (90% îò âñåãî ìèðîâîãî ïðîèçâîäñòâà). Îñíîâíûìè ïîñòàâùèêàìè îïòè÷åñêèõ øíóðîâ â Ðîññèè ÿâëÿþòñÿ ôèðìû "Âèìêîì-Îïòèê", "Ïåðñïåêòèâíûå Òåõíîëîãèè", à òàêæå "Òåëåêîì Êîìïëåêò Ñåðâèñ".  ýòèõ ôèðìàõ ñóùåñòâóþò ñïåöèàëüíûå ëàáîðàòîðèè ïî ñáîðêå îïòè÷åñêèõ øíóðîâ. Äîñòóïíîñòü êîìïëåêòóþùèõ è èíñòðóìåíòà ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî ìíîãèå ïîòðåáèòåëè îïòè÷åñêèõ øíóðîâ èìåþò ñîáñòâåííóþ ñáîðêó (ÐÎÒÅÊ, ÝËÎÊÎÌ).
3.2. Ñâàðíîå ñîåäèíåíèå âîëîêîí Ñâàðêà (fusion splicing) îïòè÷åñêèõ âîëîêîí îñíîâàíà íà èõ òî÷íîì öåíòðèðîâàíèè, ïîñëå ÷åãî âîëîêíà ñâàðèâàþòñÿ äðóã ñ äðóãîì ïðè ïîìîùè äóãîâîãî ðàçðÿäà ìåæäó ýëåêòðîäàìè. Öåíòðèðîâàíèå âîëîêîí ïðåäñòàâëÿåò èç ñåáÿ ëèáî àâòîìàòè÷åñêîå öåíòðèðîâàíèå, ëèáî öåíòðèðîâàíèå â V-îáðàçíîì ïàçó. Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûé ìåòîä àâòîìàòè÷åñêîãî öåíòðèðîâàíèÿ îñíîâàí íà òàê íàçûâàåìîé ñèñòåìå PAS, êîãäà ìåñòî ñðàùèâàíèÿ âîëîêîí îñâåùàåòñÿ ñáîêó ïðè ïîìîùè çåðêàë ñ äâóõ ñòîðîí. Ïðè ýòîì íà ýêðàíå, íàõîäÿùåìñÿ íà ïðîòèâîïîëîæíîé ñòîðîíå îò ìåñòà ñðàùèâàíèÿ êàìåðû, ïîÿâëÿåòñÿ èçîáðàæåíèå, îïðåäåëÿåìîå ïðîôèëåì ïðåëîìëåíèÿ îïòè÷åñêîãî âîëîêíà, ïî êîòîðîìó ïðèáîð ìîæåò óñòàíîâèòü ïîëîæåíèå ñåðäöåâèíû âîëîêíà. Áîëåå ïðîñòîé â èñïîëüçîâàíèè ìåòîä öåíòðèðîâàíèÿ â V-îáðàçíîì ïàçó (V-groove) òðåáóåò âûñîêîãî êà÷åñòâà ãåîìåòðèè âîëîêíà äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ïðèåìëåìûõ õàðàêòåðèñòèê ñâàðíîãî ñîåäèíåíèÿ, ðèñ. 3.10. Поперечное сечение
а) Y Z
X
б)
в)
Ðèñ. 3.10. Âëèÿíèå ãåîìåòðèè âîëîêíà íà êà÷åñòâî ñâàðêè ìåòîäîì V-groove: à) ïðè ðàçáðîñå çíà÷åíèé äèàìåòðîâ îáîëî÷êè âîëîêíà; á) ïðè îòêëîíåíèè êîíöåíòðè÷íîñòè ñåðäöåâèíà/îáîëî÷êà îò íîðìû; â) ïðè íåîäíîðîäíîñòÿõ îáîëî÷êè
46
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Òðè ãåîìåòðè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè âîëîêíà âëèÿþò íà êà÷åñòâî ñâàðêè ìåòîäîì Vgroove: •
ðàçáðîñ çíà÷åíèé äèàìåòðîâ îáîëî÷êè âîëîêíà (cladding diameter distribution);
•
êîíöåíòðè÷íîñòü ñåðäöåâèíà/îáîëî÷êà (core/clad concentricity);
•
íåîäíîðîäíîñòè îáîëî÷êè âîëîêíà (fiber curl) – óòîëùåíèÿ èëè ïîëîñòè.
Ïðèåìëåìûì äëÿ ìåòîäà V-groove ÿâëÿåòñÿ çíà÷åíèå äèàìåòðà îáîëî÷êè 125,0 ± 1,0 ìêì, õîòÿ ýòî è áîëåå ñòðîãîå òðåáîâàíèå, ÷åì óñòàíîâëåííîå Bellcore TR-20 â 1994 ãîäó. Òàêîå æå îòêëîíåíèå â 1,0 ìêì äîïóñòèìî äëÿ êîíöåíòðè÷íîñòè ñåðäöåâèíà/îáîëî÷êà, õîòÿ è îáñóæäàåòñÿ âîïðîñ óìåíüøèòü ýòî çíà÷åíèå äî 0,8 ìêì [10]. Íåîäíîðîäíîñòü îáîëî÷êè îáû÷íî ïðîÿâëÿåòñÿ ðåæå è òîëüêî íà îïðåäåëåííûõ ó÷àñòêàõ âîëîêíà. Âëèÿíèå ýòîãî ôàêòîðà ìåíüøå, ÷åì äâóõ ïðåäûäóùèõ, äëÿ âîëîêîí âåäóùèõ ôèðìïðîèçâîäèòåëåé. Îòìåòèì, ÷òî âëèÿíèå îòêëîíåíèÿ îò èäåàëüíîé ãåîìåòðèè âîëîêíà ïî òðåì ïåðå÷èñëåííûì õàðàêòåðèñòèêàì ïðàêòè÷åñêè íå óõóäøàåò êà÷åñòâà ñâàðêè ïðè èñïîëüçîâàíèè ïðîöåäóðû àâòîìàòè÷åñêîãî öåíòðèðîâàíèÿ, ïîñêîëüêó öåíòðèðîâàíèå êîíòðîëèðóåòñÿ ïîëîæåíèåì ñåðäöåâèí âîëîêîí. Ïîñëå ñâàðêè îãîëåííîå âîëîêíî äîëæíî áûòü ìåõàíè÷åñêè çàùèùåíî, äëÿ ÷åãî ÷àùå âñåãî èñïîëüçóþò òåðìîóñàæèâàþùèåñÿ çàùèòíûå ãèëüçû (òàêæå øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ òåðìèí ÊÄÇÑ – êîìïëåêò äëÿ çàùèòû ñòûêà). Òåðìîóñàäêà ýòèõ ãèëüç ïðîèñõîäèò â ïðåäíàçíà÷åííîé äëÿ ýòîé öåëè ñïåöèàëüíîé ïå÷è, êîòîðàÿ îáû÷íî ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç óçëîâ ñâàðî÷íîãî àïïàðàòà. Ñâàðêà ñîçäàåò íåðàçðûâíîå ñîåäèíåíèå è ïîýòîìó îáåñïå÷èâàåò íàèëó÷øèå õàðàêòåðèñòèêè ïî âíîñèìûì è îáðàòíûì ïîòåðÿì ïî ñðàâíåíèþ ñ ðàçúåìíûì ñîåäèíåíèåì èëè ìåõàíè÷åñêèì ñïëàéñîì. Êàê ïðàâèëî, ñâàðêà èñïîëüçóåòñÿ â ìåñòàõ ñîåäèíåíèÿ ó÷àñòêîâ îïòè÷åñêèõ êàáåëåé ïðè èõ ïðîëåãàíèè âíå çäàíèé è â ìåñòàõ îêîíöåâàíèÿ êàáåëåé âíóòðè çäàíèé. Ïðè íàðóæíîì ñîåäèíåíèè ìåñòà ñâàðêè çàùèùàþòñÿ ãåðìåòè÷íûìè ìóôòàìè. Åñëè æå ñâàðíûå ñîåäèíåíèÿ âûïîëíåíû âíóòðè çäàíèÿ, îíè ïîìåùàþòñÿ â ñïåöèàëüíûå ñïëàéñ áîêñû. Íå âñåãäà ðåøåíèå âûáîðà ñâàðêè èëè ðàçúåìíîãî ñîåäèíåíèÿ áûâàåò ïðîñòûì.  íåîäíîçíà÷íûõ ñèòóàöèÿõ ñëåäóåò ó÷èòûâàòü ïðåèìóùåñòâà è íåäîñòàòêè êàæäîãî òèïà ñîåäèíåíèÿ (òàáë. 3.4) íàðÿäó ñ îáùèìè òðåáîâàíèÿìè ïî ýêñïëóàòàöèè âîëîêîííî-îïòè÷åñêîé êàáåëüíîé ñèñòåìû â öåëîì.
Òàáëèöà 3.4. Ñðàâíåíèå ðàçúåìíîãî ñîåäèíåíèÿ è ñâàðêè Ïðåèìóùåñòâà ðàçúåìíîãî ñîåäèíåíèÿ
Ïðåèìóùåñòâà ñâàðíîãî ñîåäèíåíèÿ
Ñóùåñòâóåò ðàçðûâ
Íåïðåðûâíîå ñîåäèíåíèå
Ïðîñòîå ïîäêëþ÷åíèå ïîñëå ìîíòàæà
Ìåíüøèå âíîñèìûå ïîòåðè
Ëåãêàÿ ðåêîíôèãóðàöèÿ
Ìåíüøèå îáðàòíûå ïîòåðè
Ïðåäóñìàòðèâàåò ñòàíäàðòíûå òèïû ñîåäèíèòåëåé Ëåã÷å äîñòèãàåòñÿ ãåðìåòè÷íîñòü Äîïóñêàåòñÿ çàâîäñêàÿ ïðåäèíñòàëëÿöèÿ
Ìåíåå äîðîãîå â ðàñ÷åòå íà îäíî ñîåäèíåíèå Áîëåå êîìïàêòíîå â ðàñ÷åòå íà îäíî ñîåäèíåíèå
Ìîæåò ïîêàçàòüñÿ ñòðàííûì íàëè÷èå â êà÷åñòâå ïðåèìóùåñòâ äâóõ ïåðâûõ äèàìåòðàëüíî ïðîòèâîïîëîæåííûõ ïóíêòîâ ó ðàçúåìíîãî è ñâàðíîãî ñîåäèíåíèÿ. Îäíàêî êàæäàÿ èç õàðàêòåðèñòèê ïîëîæèòåëüíî ïðîÿâëÿåòñÿ â îïðåäåëåííûõ ïðèëîæåíèÿõ. Íàïðèìåð, ëó÷øåé çàùèòîé äëÿ ïðîõîäíîãî ñîåäèíåíèÿ êàáåëåé, ïðîëîæåííûõ â ãðóíòå, áóäåò ñâàðêà.  òî æå âðåìÿ, ïðè ïîñòðîåíèè ëîêàëüíîé ñåòè ðàçúåìíîå ñîåäèíåíèå äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ ñåòåâûõ óçëîâ áóäåò áîëåå ãèáêèì è äàñò âîçìîæíîñòü ïåðåìåùàòü ñåòåâîå îáîðóäîâàíèå â ïðåäåëàõ çäàíèÿ. Ïðåèìóùåñòâî ìàëûõ âíîñèìûõ ïîòåðü ó ñâàðíîãî ñîåäèíåíèÿ îñîáåííî ñèëüíî ïðîÿâëÿåòñÿ ïðè ïîñòðîåíèè ïðîòÿæåííûõ îïòè÷åñêèõ ìàãèñòðàëåé ñ ðàññòîÿíèåì ìåæäó ðåòðàíñëÿòîðàìè â íåñêîëüêî äåñÿòêîâ êèëîìåòðîâ. Íà ïîäîáíûõ ó÷àñòêàõ ìîæåò ðàñïîëàãàòüñÿ äî íåñêîëüêèõ äåñÿòêîâ ñåãìåíòîâ ñòðîèòåëüíûõ äëèí îäíîìîäîâîãî ÂÎÊ. Ïîëó÷åíèå ñâàðíûõ ñîåäèíåíèé âûñîêîãî êà÷åñòâà óïðîùàåòñÿ áëàãîäàðÿ ïîñòîÿííîìó ñîâåðøåíñòâîâàíèþ ñâàðî÷íûõ àïïàðàòîâ, ïðîöåäóð è ïðàêòèêè ñâàðêè. Êðîìå ýòîãî, íåïðåðûâíî óëó÷øàåòñÿ êîíòðîëü çà ãåîìåòðèåé â ïðîöåññå ïðîèçâîäñòâà âîëîêíà è åãî êà÷åñòâî.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
47
 ðåçóëüòàòå íà ñåãîäíÿøíèé äåíü õàðàêòåðíûå çíà÷åíèÿ âíîñèìûõ ïîòåðü íàõîäÿòñÿ â äèàïàçîíå îò 0,05 äî 0,1 äÁ êàê äëÿ îäíîìîäîâîãî, òàê è äëÿ ìíîãîìîäîâîãî âîëîêíà [9]. Îäíîâîëîêîííàÿ äóãîâàÿ ñâàðêà – îäèí èç íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûõ ìåòîäîâ ñâàðêè, ïðåäïîëàãàþùèé ñâàðêó îäíîé ïàðû âîëîêîí. Îäíîâîëîêîííàÿ äóãîâàÿ ñâàðêà äîïóñêàåò êàê èñïîëüçîâàíèå ìåòîäà àâòîìàòè÷åñêîãî öåíòðèðîâàíèÿ, òàê ìåòîäà V-groove. Ìíîãîâîëîêîííàÿ äóãîâàÿ ñâàðêà – ìåíåå ðàñïðîñòðàíåííûé, õîòÿ è ñòðåìèòåëüíî íàáèðàþùèé ñèëó ìåòîä ñîçäàíèÿ íåðàçðûâíîãî ñîåäèíåíèÿ, ïðåäïîëàãàþùèé îäíîâðåìåííóþ ñâàðêó ñðàçó íåñêîëüêèõ ïàð âîëîêîí (îò 4 äî 12 ïàð). Ñâàðî÷íûå àïïàðàòû, èñïîëüçóþùèå ìíîãîâîëîêîííóþ ñâàðêó, ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ñðàùèâàíèÿ ëåíòî÷íûõ âîëîêîí è ìîãóò òàêæå èñïîëüçîâàòü ëþáîé èç ìåòîäîâ öåíòðèðîâàíèÿ âîëîêíà. Àïïàðàòû ñ àâòîìàòè÷åñêèì öåíòðèðîâàíèåì (àâòîìàòû) áîëåå äîðîãèå, ÷åì àïïàðàòû, èñïîëüçóþùèå ìåòîä V–groove. Ñîâåðøåíñòâîâàíèå êà÷åñòâà ïðîèçâîäèìîãî âîëîêíà ñïîñîáñòâóåò ðîñòó ñïðîñà íà ñâàðî÷íûå àïïàðàòû, èñïîëüçóþùèå ìíîãîâîëîêîííóþ ñâàðêó c ìåòîäîì öåíòðèðîâàíèÿ V-groove. Îñíîâíàÿ îáëàñòü ïðèìåíåíèÿ òàêèõ àïïàðàòîâ – ñâàðêà ëåíòî÷íûõ ÂÎÊ è ÂÎÊ ñ áîëüøèì êîëè÷åñòâîì âîëîêîí (36, 72, 144).
Êîëè÷åñòâåííûå îöåíêè êà÷åñòâà ñâàðêè Êà÷åñòâî ñâàðêè îïðåäåëÿåòñÿ: âíîñèìûìè ïîòåðÿìè è íàòÿæíûì óñèëèåì. Îáðàòíûå ïîòåðè ïðè ñâàðíîì ñîåäèíåíèè ïðåíåáðåæèìî ìàëû (< –70 äÁ), òàê êàê ãëàâíûé ôàêòîð îáðàòíûõ ïîòåðü, ñâîéñòâåííûé ðàçúåìíûì ñîåäèíåíèÿì – âîçäóøíûé çàçîð – îòñóòñòâóåò. Âêëàä â îáðàòíûå ïîòåðè äàåò ôðåíåëåâñêîå ðàññåÿíèå, ñâÿçàííîå ñ ðàçíèöåé â ïîêàçàòåëÿõ ïðåëîìëåíèÿ âîëîêîí. Îäíàêî ïîñòàâëÿåìîå îäíîìîäîâîå âîëîêíî èìååò î÷åíü âûñîêóþ ñòàáèëüíîñòü ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ ∆n n < 0,001 . Êðîìå ýòîãî, ñêà÷îê â ïîêàçàòåëÿõ ïðåëîìëåíèÿ ñãëàæèâàåòñÿ áëàãîäàðÿ äèôôóçèè, ïðîòåêàþùåé âî âðåìÿ ñâàðêè. Âíîñèìûå ïîòåðè, êàê è ïîòåðè ïðè îðãàíèçàöèè ðàçðûâíîãî ñîåäèíåíèÿ, ïîäðàçäåëÿþòñÿ íà âíóòðåííèå è âíåøíèå ïîòåðè. Âíóòðåííèå ïîòåðè. Äëÿ ìíîãîìîäîâîãî ãðàäèåíòíîãî âîëîêíà âíóòðåííèå, èëè âîëîêîííî-çàâèñèìûå ïîòåðè, îïðåäåëÿþòñÿ ïàðíûì ðàçëè÷èåì ÷èñëîâûõ àïåðòóð, ýêñöåíòðèñèòåòîâ, äèàìåòðîâ (êîíöåíòðè÷íîñòåé) è ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ ó ñðàùèâàåìûõ âîëîêîí. Íåêîòîðûå ñâàðî÷íûå àïïàðàòû îñóùåñòâëÿþò âûðàâíèâàíèå ïî îñÿì ñåðäöåâèí, è, òàêèì îáðàçîì, îñëàáëÿþò ôàêòîð íàëè÷èÿ ðàçíîñòè ýêñöåíòðèñèòåòîâ. Íî íåâîçìîæíî óñòðàíèòü ïîòåðè èç-çà ñêà÷êà äèàìåòðîâ è ÷èñëîâûõ àïåðòóð. Ýòè ïîòåðè çàâèñÿò îò íàïðàâëåíèÿ è åñòåñòâåííî âîçíèêàþò, êîãäà ñâåò ïåðåõîäèò èç âîëîêíà ñ áîëüøèì äèàìåòðîì â âîëîêíî ñ ìåíüøèì èëè èç âîëîêíà ñ áîëüøåé àïåðòóðîé â âîëîêíî ñ ìåíüøåé àïåðòóðîé. Ïîòåðè íîñÿò àääèòèâíûé õàðàêòåð â òîì ñìûñëå, ÷òî åñëè, íàïðèìåð, ñðàùèâàåìûå ìíîãîìîäîâûå âîëîêíà ïðîÿâëÿþò îòêëîíåíèÿ êàê â äèàìåòðàõ, òàê è â ÷èñëîâûõ àïåðòóðàõ, òî âêëàä âî âíóòðåííèå ïîòåðè áóäåò ïðåäñòàâëåí ñóììîé îòäåëüíûõ ïîòåðü èç-çà îòêëîíåíèÿ â äèàìåòðàõ è îòêëîíåíèÿ â ÷èñëîâûõ àïåðòóðàõ. Òåîðåòè÷åñêèå îöåíêè âêëàäà âî âíóòðåííèå ïîòåðè äâóõ îñíîâíûõ ôàêòîðîâ (ðàçíèöû äèàìåòðîâ è ðàçíèöû àïåðòóð) ïðèâåäåíû íà ðèñ. 3.11 à. Äëÿ îäíîìîäîâîãî ñòóïåí÷àòîãî âîëîêíà äîìèíèðóþùèì ôàêòîðîì âíóòðåííèõ ïîòåðü ÿâëÿåòñÿ ðàçëè÷èå â äèàìåòðàõ ìîäîâûõ ïîëåé (MFD, mode field diameter). Âíóòðåííèå ïîòåðè (óñðåäíåííûå ïî îáîèì íàïðàâëåíèÿì), â çàâèñèìîñòè îò îòíîøåíèÿ MFD âîëîêîí, ïîêàçàíû íà ðèñ. 3.11 á. Âåäóùèå ôèðìû-ïðîèçâîäèòåëè îïòè÷åñêîãî âîëîêíà âûïóñêàþò îäíîìîäîâîå âîëîêíî ñ äîñòàòî÷íî âûñîêîé ñòàáèëüíîñòüþ çíà÷åíèé MFD. Íàïðèìåð, â íàèõóäøåì ñëó÷àå âîëîêîííî-çàâèñèìûå ïîòåðè ïðè ñâàðêå âîëîêîí ñ MFD 9,3 ± 0,5 ìêì ñîñòàâëÿþò 0,04 äÁ. Âíåøíèå ïîòåðè âîçíèêàþò âñëåäñòâèå íåñîâåðøåíñòâà ñàìîãî ïðîöåññà ñâàðêè. Îíè âêëþ÷àþò îñåâîå, óãëîâîå îòêëîíåíèå, çàãðÿçíåíèå è äåôîðìàöèþ ñåðäöåâèí âîëîêîí. Âëèÿíèå ýòèõ ôàêòîðîâ ìîæåò áûòü óìåíüøåíî áëàãîäàðÿ èíäèâèäóàëüíîìó ìàñòåðñòâó è îïûòó ñïåöèàëèñòà, âûïîëíÿþùåãî ñâàðêó, èëè áëàãîäàðÿ êà÷åñòâó àâòîìàòè÷åñêîãî ñáëèæåíèÿ è âûðàâíèâàíèÿ âîëîêîí è öèêëàì äóãîâîé ñâàðêè ïðè èñïîëüçîâàíèè ñîâðåìåííûõ ñâàðî÷íûõ àïïàðàòîâ-àâòîìàòîâ. Íàòÿæíîå óñèëèå, íåîáõîäèìîå äëÿ ðàçúåäèíåíèÿ ñâàðåííûõ âîëîêîí, òàêæå õàðàêòåðèçóåò êà÷åñòâî ñâàðêè. ×åì âûøå çíà÷åíèå ðàçðûâíîãî óñèëèÿ, òåì âûøå êà÷åñòâî ñâàðêè. Åñòåñòâåííî, íåò ñìûñëà ðàçðûâàòü ãîòîâîå ñîåäèíåíèå, íî ìîæíî äåëàòü êîíòðîëüíûå èçìåðåíèÿ, òåì ñàìûì îïðåäåëÿÿ, íàñêîëüêî êà÷åñòâåííî ìîæåò áûòü âûïîëíåíà ñâàðêà äëÿ äàííûõ òèïîâ âîëîêîí. Ïðè÷èíîé ðàçðûâà ÿâëÿåòñÿ ïîâûøåííàÿ êîíöåíòðàöèÿ è áóëüøèå ðàçìåðû ìèêðîòðåùèí íà ïîâåðõíîñòè â îêðåñòíîñòè ìåñòà ñâàðêè.
48
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Разница числовых апертур 0,2
0,4
0,3
0,4
D1 - D2 0,3 0,2
NA 1 - NA2
0,1 0,0
а)
0,1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Разница диаметров сердцевин, мкм
0,10
Вносимые потери, дБ
Внутренние потери, дБ
0,0
б)
0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 0,80 0,86 0,92 0,98 1,04 1,10 1,16
Отношение диметров модовых полей
Ðèñ. 3.11. Âíóòðåííèå ïîòåðè ïðè ñâàðêå [9]: à) èç-çà ðàçíîñòè äèàìåòðîâ è ÷èñëîâûõ àïåðòóð âîëîêîí; á) îáóñëîâëåííûå ðàçëè÷èåì â äèàìåòðàõ ìîäîâûõ ïîëåé
Çàòðàòû, ñâÿçàííûå ñ ðàçëè÷íûìè òåõíîëîãèÿìè ñâàðêè, õîòÿ è âàðüèðóþòñÿ â çàâèñèìîñòè îò ìåòîäà ñâàðêè, îïûòà ñïåöèàëèñòîâ è äðóãèõ ôàêòîðîâ, ñ÷èòàþòñÿ îòíîñèòåëüíî âûñîêèìè. Íî íåñìîòðÿ íà ýòî, ñâàðêà îñòàåòñÿ ñàìîé ðàñïðîñòðàíåííîé è ñàìîé íàäåæíîé òåõíîëîãèåé ñâåäåíèÿ âîëîêîí: ïðè îäíîâðåìåííîì ìîíòàæå ñðàçó íåñêîëüêèõ âîëîêîí, ïðè îäèíî÷íîé ñâàðêå ñ èñïîëüçîâàíèè êàê àêòèâíîé, òàê è ïàññèâíîé ñèñòåì îñåâîãî âûðàâíèâàíèÿ. Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåíû àâòîìàòèçèðîâàííûå ñâàðî÷íûå àïïàðàòû äëÿ îäíîâîëîêîííîé ñâàðêè ôèðì Fujikura – FSM-30S è Sumitomo Electric Industries – Type-35SE.
3.3. Îïòè÷åñêèå ðàçâåòâèòåëè Îäíèì èç íàèáîëåå âàæíûõ óñòðîéñòâ, îòíîñÿùèõñÿ ê ïàññèâíûì êîìïîíåíòàì ÂÎËÑ, ÿâëÿåòñÿ îïòè÷åñêèé ðàçâåòâèòåëü (coupler, äðóãîå íàçâàíèå splitter). Ðàçâåòâèòåëè øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ ïðè ïîñòðîåíèè ðàñïðåäåëåííûõ âîëîêîííî-êîàêñèàëüíûõ ñåòåé êàáåëüíîãî òåëåâèäåíèÿ, à òàêæå â ìåæãîñóäàðñòâåííûõ ïðîåêòàõ ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèõ ñåòåé (all-optical networks).  îáîèõ ñëó÷àÿõ ñåòè áåç èñïîëüçîâàíèÿ ðàçâåòâèòåëåé áûëè áû çíà÷èòåëüíî äîðîæå. Îïòè÷åñêèé ðàçâåòâèòåëü ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé â îáùåì ñëó÷àå ìíîãîïîëþñíîå óñòðîéñòâî, â êîòîðîì èçëó÷åíèå, ïîäàâàåìîå íà ÷àñòü âõîäíûõ îïòè÷åñêèõ ïîëþñîâ, ðàñïðåäåëÿåòñÿ ìåæäó åãî îñòàëüíûìè îïòè÷åñêèìè ïîëþñàìè [1]. Ðàçëè÷àþò íàïðàâëåííûå è äâóíàïðàâëåííûå ðàçâåòâèòåëè, à òàêæå ðàçâåòâèòåëè, ÷óâñòâèòåëüíûå ê äëèíå âîëíû è íå÷óâñòâèòåëüíûå.  äâóíàïðàâëåííîì ðàçâåòâèòåëå êàæäûé ïîëþñ ìîæåò ðàáîòàòü èëè íà ïðèåì ñèãíàëà, èëè íà ïåðåäà÷ó, èëè îñóùåñòâëÿòü ïðèåì è ïåðåäà÷ó îäíîâðåìåííî, òàê ÷òî ãðóïïû ïðèåìíûõ è ïåðåäàþùèõ ïîëþñîâ ìîãóò ìåíÿòüñÿ ìåñòàìè â ôóíêöèîíàëüíîì ñìûñëå. Îñíîâíûå êàòåãîðèè îïòè÷åñêèõ ðàçâåòâèòåëåé ñëåäóþùèå: äðåâîâèäíûé ðàçâåòâèòåëü; çâåçäîîáðàçíûé ðàçâåòâèòåëü; îòâåòâèòåëü.
Äðåâîâèäíûé ðàçâåòâèòåëü (tree coupler) Äðåâîâèäíûé ðàçâåòâèòåëü îñóùåñòâëÿåò ðàñùåïëåíèå îäíîãî âõîäíîãî îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà íà íåñêîëüêî âûõîäíûõ, èëè âûïîëíÿåò îáðàòíóþ ôóíêöèþ – îáúåäèíåíèå íåñêîëüêèõ ñèãíàëîâ â îäèí âûõîäíîé (ðèñ. 3.12 à). Îáû÷íî äðåâîâèäíûå ðàçâåòâèòåëè ðàñïðåäåëÿþò ìîùíîñòü â ðàâíîé ñòåïåíè ìåæäó âñåìè âûõîäíûìè ïîëþñàìè. Êîíôèãóðàöèÿ ïîëþñîâ îáîçíà÷àåòñÿ êàê n x m, ãäå n – ÷èñëî âõîäíûõ ïîëþñîâ (äëÿ äðåâîâèäíîãî ðàçâåòâèòåëÿ n = 1), à m – ÷èñëî âûõîäíûõ ïîëþñîâ, êîãäà óñòðîéñòâî ðàáîòàåò â ðåæèìå ðàñùåïëåíèÿ.  ïîñòàâëÿåìûõ â íàñòîÿùåå âðåìÿ ìîäåëÿõ êîëè÷åñòâî âûõîäíûõ ïîðòîâ ìîæåò íàõîäèòüñÿ â ïðåäå-
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
49
ëàõ îò 2 äî 32. Áîëüøèíñòâî äðåâîâèäíûõ ðàçâåòâèòåëåé ïîëíîñòüþ äâóíàïðàâëåííûå. Ïîýòîìó ðàçâåòâèòåëü ìîæåò âûïîëíÿòü ôóíêöèþ îáúåäèíåíèÿ ñèãíàëîâ. Ïåðåäàòî÷íûå ïàðàìåòðû äëÿ ðàçíûõ âûõîäíûõ ïîëþñîâ ðàçâåòâèòåëÿ ñòðåìÿòñÿ äåëàòü áîëåå áëèçêèìè äðóã äðóãó.
Çâåçäîîáðàçíûé ðàçâåòâèòåëü (star coupler) Çâåçäîîáðàçíûé ðàçâåòâèòåëü îáû÷íî èìååò îäèíàêîâîå ÷èñëî âõîäíûõ è âûõîäíûõ ïîëþñîâ. Îïòè÷åñêèé ñèãíàë ïðèõîäèò íà îäèí èç n âõîäíûõ ïîëþñîâ è â ðàâíîé ñòåïåíè ðàñïðåäåëÿåòñÿ ìåæäó n âûõîäíûìè ïîëþñàìè. Áîëüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èëè çâåçäîîáðàçíûå ðàçâåòâèòåëè 2x2 è 4x4. Âî èçáåæàíèè ïóòàíèöû ïî âõîäíûì è âûõîäíûì ïîëþñàì, ïðèíÿòî îáîçíà÷àòü âõîäíûå ïîëþñà ëàòèíñêèìè áóêâàìè, à âûõîäíûå ïîëþñà – öèôðàìè, ðèñ. 3.12 á. Çâåçäîîáðàçíûå ðàçâåòâèòåëè ðàñïðåäåëÿþò ìîùíîñòü â ðàâíîé ñòåïåíè ìåæäó âñåìè âûõîäíûìè ïîëþñàìè.
Îòâåòâèòåëü (tap) Îòâåòâèòåëü – ýòî îáîáùåíèå äðåâîâèäíîãî ðàçâåòâèòåëÿ, êîãäà âûõîäíàÿ ìîùíîñòü ðàñïðåäåëÿåòñÿ íåîáÿçàòåëüíî â ðàâíîé ïðîïîðöèè ìåæäó âûõîäíûìè ïîëþñàìè, ðèñ.3.12 â. Êîíôèãóðàöèè îòâåòâèòåëåé áûâàþò 1x2, 1x3, 1x4, 1x5, 1x6, 1x8, 1x16, 1x32. Íåêîòîðàÿ äîëÿ (ìåíüøå 50%) âûõîäíîé ìîùíîñòè èäåò íà êàíàë (êàíàëû) îòâåòâëåíèÿ, â òî âðåìÿ êàê áîëüøàÿ ÷àñòü îñòàåòñÿ â ìàãèñòðàëüíîì êàíàëå. Âûõîäíûå ïîëþñà íóìåðóþòñÿ â ïîðÿäêå óáûâàíèÿ ìîùíîñòè.
Вход
Древовидный разветвитель
1 . . . n
Выход
4x4 разветвитель
1 2 3 4
Выход
1 . . . n
Выход
а)
Вход
б)
a b c d
Вход
Ответвитель
в)
Ðèñ. 3.12. Òèïû ðàçâåòâèòåëåé: à) äðåâîâèäíûé ðàçâåòâèòåëü; á) çâåçäîîáðàçíûé ðàçâåòâèòåëü; â) îòâåòâèòåëü
Ïàðàìåòðû, õàðàêòåðèçóþùèå ðàçâåòâèòåëü
Pi Pi , j
Ñëåäóÿ ðèñ. 3.12 á, ââåäåì ñëåäóþùèå îáîçíà÷åíèÿ: – ìîùíîñòü îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà, ïðèõîäÿùåãî íà ïîëþñ i (íàïðèìåð, íà ïîðò d); – ìîùíîñòü, ðåãèñòðèðóåìàÿ íà âûõîäíîì ïîëþñå j ïðè óñëîâèè ïîñòóïëåíèÿ ñèãíàëà íà
âõîäíîé ïîëþñ i (íàïðèìåð, íà ïîðò 1). Ñëåäóþùèå òðè íàáîðà ïàðàìåòðîâ ñ÷èòàþòñÿ îñíîâíûìè ïðè îïèñàíèè ðàçâåòâèòåëÿ. Êîýôôèöèåíòû ïåðåäà÷è èëè âíîñèìûå ïîòåðè (insertion loss) îïðåäåëÿþò ïîòåðè ìîùíîñòè ñèãíàëà, êîòîðûé ïðèõîäèò íà îäèí èç âõîäíûõ ïîëþñîâ è âûõîäèò ñ îäíîãî èç âûõîäíûõ ïîëþñîâ. Êîýôôèöèåíòû ïåðåäà÷è îïðåäåëÿþòñÿ ñîîòíîøåíèåì a ins (i, j) = −10 lg(Pi , j / Pi ) äÁ.
50
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Èíäåêñû i, j ïðîáåãàþò çíà÷åíèÿ íîìåðîâ âõîäíûõ è âûõîäíûõ ïîëþñîâ ñîîòâåòñòâåííî, íàïðèìåð i = a, j = 1. Êîýôôèöèåíò íàïðàâëåííîñòè ÿâëÿåòñÿ ìåðîé òîãî, êàê õîðîøî ðàçâåòâèòåëü ïåðåäàåò ìîùíîñòü â ïðåäíàçíà÷åííûå âûõîäíûå ïîëþñà. Îí ïîêàçûâàåò èíòåíñèâíîñòü íåæåëàòåëüíîãî îáðàòíîãî ñèãíàëà, âîçíèêàþùåãî íà äðóãîì ïîëþñå èç âõîäíîé ãðóïïû ïîëþñîâ, è îïðåäåëÿåòñÿ êàê b dir (i, j) = 10 lg(Pi , j / Pi ) äÁ. Èíäåêñû i, j îòíîñÿòñÿ ê îäíîé ãðóïïå ïîëþñîâ, íàïðèìåð i = 2, j = 3, èëè i = a, j = c (ðèñ. 3.12 á). Äëÿ òî÷íîãî èçìåðåíèÿ êîýôôèöèåíòà íàïðàâëåííîñòè, íåîáõîäèìî ïîäàâèòü âëèÿíèå îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ îò ñîåäèíèòåëåé â ïîñëåäóþùåì êàíàëå. Äëÿ ýòîé öåëè âîëîêíà âñåõ ïîëþñîâ çà èñêëþ÷åíèåì i, j ïîìåùàþò â ñâåòîïîãëîùàþùóþ èììåðñèîííóþ æèäêîñòü ñ êîýôôèöèåíòîì ïðåëîìëåíèÿ, áëèçêèì ê îïòè÷åñêîìó âîëîêíó, ðèñ. 3.13 à. Ìîùíîñòü, îòðàæåííàÿ îáðàòíî, ïðîõîäèò ÷åðåç îòâåòâèòåëü. Îòâåòâèòåëü âûáèðàåòñÿ òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû ïîäàâëÿþùàÿ ÷àñòü îáðàòíîãî ñèãíàëà íàïðàâëÿëàñü â ïðèåìíèê. Ïåðåä ýòèìè èçìåðåíèÿìè îòâåòâèòåëü ãðàäóèðóåòñÿ.
b bs (i) = 10 lg(Pii / Pi )
Ïîòåðè íà îáðàòíîì ðàññåÿíèè
äÁ. Çäåñü
Pii
– ðåãèñòðèðóåìàÿ
âûõîäíàÿ ìîùíîñòü íà ïîëþñå i ïðè óñëîâèè ïîäà÷è ñèãíàëà íà ýòîò æå ïîëþñ. Ýòîò êîýôôèöèåíò ñõîæ ñ êîýôôèöèåíòîì îáðàòíûõ ïîòåðü â îïòè÷åñêèõ ñîåäèíèòåëÿõ. Ïðîöåäóðà èçìåðåíèÿ ïîòåðü íà îáðàòíîì îòðàæåíèè âî ìíîãîì àíàëîãè÷íà èçìåðåíèþ êîýôôèöèåíòà íàïðàâëåííîñòè – âñå ïîëþñà çà èñêëþ÷åíèåì i-ãî ïîìåùàþòñÿ â ïîãëîùàþùóþ æèäêîñòü (ðèñ. 3.13 á). Êîýôôèöèåíòû ïåðåäà÷è ïðèíèìàþò ïîëîæèòåëüíûå çíà÷åíèÿ è õàðàêòåðèçóþò ýôôåêòèâíîñòü ïåðåäà÷è â ïðÿìîì íàïðàâëåíèè. Êîýôôèöèåíòû íàïðàâëåííîñòè è ïîòåðü íà îáðàòíîì ðàññåÿíèè ïðèíèìàþò îòðèöàòåëüíûå çíà÷åíèÿ è õàðàêòåðèçóþò íåæåëàòåëüíûå îáðàòíûå ñèãíàëû. Ïðè èçãîòîâëåíèè ðàçâåòâèòåëåé ñòðåìÿòñÿ äîñòè÷ü êàê ìîæíî ìåíüøèõ (áîëåå îòðèöàòåëüíûõ) çíà÷åíèé äëÿ êîýôôèöèåíòîâ íàïðàâëåííîñòè è ïîòåðü íà îáðàòíîì ðàññåÿíèè. Вход
a
Выход b 4x4 разветвитель
а)
поглощающая жидкость
Вход Выход
ответвитель
a 4x4 разветвитель
б)
поглощающая жидкость
Ðèñ. 3.13. Èçìåðåíèå: à) êîýôôèöèåíòà íàïðàâëåííîñòè, á) ïîòåðü íà îáðàòíîì îòðàæåíèè
Íàèáîëåå îáùèé ñïîñîá ïðåäñòàâëåíèÿ äàííûõ î ðàçâåòâèòåëå îñíîâàí íà ïîñòðîåíèè ìàòðèöû ïîòåðü. Äëÿ ðàçâåòâèòåëÿ nxn ýêñïåðèìåíòàëüíûì îáðàçîì çàìåðÿþòñÿ âñå ïðèâåäåííûå âûøå êîýôôèöèåíòû, è ñòðîèòñÿ ìàòðèöà ðàçìåðîì 2nx2n. Ïðèìåð ìàòðèöû ðàçâåòâèòåëÿ 4x4 (ðèñ. 3.12 á) ïðèâåäåí â òàáë. 3.5.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
51
Òàáëèöà 3.5. Òèïîâàÿ ìàòðèöà ïîòåðü a i , j , äÁ Âûõîä (j) Âõîä (i)
a
b
c
d
1
2
3
4
a
–45,5
–48,5
–47,2
–49,7
6,8
6,9
6,7
6,7
b
–47,6
–46,1
–47,4
–49,7
6,9
6,8
6,8
6,6
c
–49,8
–47,6
–45,9
–46,9
6,6
6,8
6,8
6,7
d
–50,5
–48,2
–48,9
–46,2
6,6
6,7
6,8
6,7
1
6,7
6,8
6,9
6,7
–47,1
–47,3
–48,9
–46,6
2
6,7
6,8
6,8
6,7
–47,8
–46,5
–49,7
–48,3
3
6,7
6,9
6,8
6,7
–48,3
–46,5
–47,7
–48,5
4
6,7
6,6
6,9
6,8
–47,3
–46,7
–49,1
–47,9
Íà äèàãîíàëè ìàòðèöû ñòîÿò êîýôôèöèåíòû ïîòåðü íà îáðàòíîì ðàññåÿíèè, ãäå â êà÷åñòâå êàíàëà âõîäíîé ïîñëåäîâàòåëüíî âûáèðàþòñÿ ïîëþñà îò a äî 4. Èç îñòàâøèõñÿ ÷èñëà â äèàïàçîíå 6,6÷6,9 äÁ ñîîòâåòñòâóþò êîýôôèöèåíòàì ïåðåäà÷è, îñòàëüíûå – êîýôôèöèåíòàì íàïðàâëåííîñòè. Ðàçâåòâèòåëü ñ ïðèâåäåííîé ìàòðèöåé ìîæíî îõàðàêòåðèçîâàòü ñëåäóþùèì îáðàçîì: •
ìàêñèìàëüíûå âíîñèìûå ïîòåðè íà âûõîäíîì ïîëþñå 6,9 äÁ;
•
íåîäíîðîäíîñòü (ðàçíîñòü ìåæäó ìàêñèìàëüíûì (6,9 äÁ) è ìèíèìàëüíûì (6,6 äÁ) çíà÷åíèåì êîýôôèöèåíòà ïåðåäà÷è) 0,3 äÁ;
•
ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà íàïðàâëåííîñòè –48,5 äÁ;
•
ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå ïîòåðü íà îáðàòíîì ðàññåÿíèè –46,2 äÁ. Ïîëíûå èçáûòî÷íûå ïîòåðè îïðåäåëÿþòñÿ êàê
a exc (i) = −10 lg ( ∑ Pi , j ) / Pi j
äÁ, ãäå çíà-
ìåíàòåëü äðîáè ïîä ëîãàðèôìîì ñîîòâåòñòâóåò âõîäíîìó ñèãíàëó íà âõîäíîì ïîëþñå i, à ÷èñëèòåëü ñóììàðíîìó ïîëåçíîìó âûõîäíîìó ñèãíàëó. Ýòîò ïàðàìåòð – îáùàÿ õàðàêòåðèñòèêà ðàáîòû ðàçâåòâèòåëÿ. Ðàáî÷èé äèàïàçîí äëèí âîëí (passband) – äèàïàçîí äëèí âîëí, â ïðåäåëàõ êîòîðîãî îïðåäåëåíà ðàáîòà ðàçâåòâèòåëÿ. ×åì øèðå äèàïàçîí, òåì ìåíüøå çàâèñèìîñòü âíîñèìûõ ïîòåðü ðàçâåòâèòåëÿ îò äëèíû âîëíû. Ðàçâåòâèòåëè, èìåþùèå áîëüøîé ðàáî÷èé äèàïàçîí äëèí âîëí, íàçûâàþòñÿ àõðîìàòè÷åñêèìè (achromatic). Ëàçåðû áåç îõëàæäåíèÿ è ñâåòîèçëó÷àþùèå äèîäû òðåáóþò ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ ± 35 íì â îêðåñòíîñòè íåñóùåé äëèíû âîëíû. Äëÿ ïîääåðæàíèÿ òàêîãî äèàïàçîíà îïòè÷åñêèé ðàçâåòâèòåëü äîëæåí áûòü àõðîìàòè÷åñêèì. Ïîòåðè íà ðàçâåòâëåíèè (splitting loss) – ýòî ïîòåðè, ñâÿçàííûå ñ òåì, ÷òî ìîùíîñòü åñòåñòâåííûì îáðàçîì ðàñïðåäåëÿåòñÿ ìåæäó âûõîäíûìè ïîëþñàìè. Äëÿ èäåàëüíîãî ðàçâåòâèòåëÿ (1xn) ñ n âûõîäíûìè ïîëþñàìè, â ïðåäïîëîæåíèè ðàâåíñòâà âçàèìíîãî ðàâåíñòâà ìîùíîñòåé ìåæäó íèìè âñåìè âûõîäíûìè ïîðòàìè, ïîòåðè íà ðàçâåòâëåíèè îïðåäåëÿþòñÿ ñîîòíîøåíèåì a SL = −10 lg 1 n . Ýòî – ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå, ïðèñóùåå èäåàëüíîìó ðàçâåòâèòå-
( )
ëþ ñ ñèììåòðè÷íûìè âûõîäíûìè ïîëþñàìè. Òàê, äëÿ ðàçâåòâèòåëÿ 4x4 ïîòåðè
a SL = 6,02
äÁ
(ñðàâíèòå ñ òàáëèöåé). Ñîîòíîøåíèå ðàçâåòâëåíèÿ (splitting ratio) îïèñûâàåò, êàêèì îáðàçîì ñâåò ðàñïðåäåëÿåòñÿ ìåæäó âûõîäíûìè ïîëþñàìè. Ýòà õàðàêòåðèñòèêà, ñâîéñòâåííàÿ îïòè÷åñêèì îòâåòâèòåëÿì, ìîæåò áûòü âûðàæåíà êàê â âèäå íàáîðà êîýôôèöèåíòîâ ïåðåäà÷è ïî âûõîäíûì ïîëþñàì (÷àñòíûé ñëó÷àé ìàòðèöû ïîòåðü), òàê è â âèäå ïðîöåíòíîé ïðîïîðöèè ìîùíîñòåé ïî âûõîäíûì ïîëþñàì, ãäå çà 100% ïðèíÿòà ñóììàðíàÿ âûõîäíàÿ ìîùíîñòü.  òàáë. 3.6 ïðèâåäåíà íîìåíêëàòóðà îïòè÷åñêèõ îòâåòâèòåëåé, ðàññ÷èòàííûõ íà îäíîìîäîâîå âîëîêíî, ïðîèçâîäñòâà ADC Telecommunications.
52
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Òàáëèöà 3.6. Íîìåíêëàòóðà îïòè÷åñêèõ îòâåòâèòåëåé ïîä îäíîìîäîâîå âîëîêíî [11] Êîä Òèï îòâåòâèòåëÿ îòâåòâèòåëÿ 200 201 210
1x2 (3) 1x2 1x2
220 230 240
Ñîîòíîøåíèå ðàçâåòâëåíèÿ (%)
Êîýôôèöèåíòû ïåðåäà÷è (äÁ, max)
Êîýôôèöèåíòû ïåðåäà÷è (äÁ, òèïîâîå)
50/50 (50/50) x3 55/45
3,7/3,7 (3,7/3,7) x3 3,2/4,1
3,1/3,1 (3,1/3,1) x3 2,7/3,6
1x2 1x2 1x2
60/40 65/35 70/30
2,7/4,7 2.3/5.3 2,0/6,0
2,3/4,1 2.0/4.7 1,7/5,4
250 260 270
1x2 1x2 1x2
75/25 80/20 85/15
1,6/6,8 1,3/7,8 1,0/9,2
1,4/6,2 1,1/1,7 0,8/8,4
280 290 305
1x2 1x2 1x3
90/10 95/5 70/15/15
0,8/11,2 0,5/14,4 2,0/9,7/9,7
0,6/10,2 0,4/13,2 1,7/8,5/8,5
310 320 330
1x3 1x3 1x3
60/20/20 55/25/20 50/30/20
2,7/8,4/8,4 3,2/7,3/8,2 3,7/6,4/8,4
2,3/7,2/7,2 2,7/6,3/7,2 3,1/5,4/7,2
340 350 360
1x3 1x3 1x3
50/25/25 40/40/20 40/35/25
3.7/7.4/7.4 5,0/5,0/7,3 5.0/5.3/7.0
3,1/6,2/6,2 4,2/4,2/7,1 4.3/4.7/6.1
370 380 390
1x3 1x3 1x3
40/30/30 35/35/30 33/33/33
4,7/6,4/6,4 5,7/5,7/6,0 5,9/5,9/5,9
4,1/5,4/5,4 4,8/4,8/5,4 5,0/5,0/5,0
391 410 420
(2) 1x3 1x4 1x4
(33/33/33) x2 40/30/15/15 40/25/20/15
(5,9/5,9/5,9) x2 4,7/6,4/10,1/10,1 4,9/7,0/8,2/10
(5,0/5,0/5,0) x2 4,1/5,4/8,5/8,5 4,2/4,3/7,3/8,8
430 440 450
1x4 1x4 1x4
40/20/20/20 35/35/15/15 35/25/25/15
4,9/8,4/8,4/8,4 5,7/5,7/9,7/9,7 5,7/7,4/7,4/9,7
4,2/7,2/7,2/7,2 4,8/4,8/8,5/8,5 4,8/6,2/6,2/8,5
460 470 480
1x4 1x4 1x4
35/25/20/20 30/30/20/20 30/25/25/20
5,4/7,4/8,4/8,4 6,4/6,4/8,4/8,4 6,4/7,4/7,4/8,4
4,6/6,4/7,2/7,2 5,4/5,4/7,2/7,2 5,4/6,2/6,2/7,2
490 510 520
1x4 1x5 1x5
25/25/25/25 25/25/20/15/15 25/20/20/20/15
7,4/7,4/7,4/7,4 7,4/7,4/8,4/10,1/10,1 7,0/8,6/8,6/8,6/10
6,2/6,2/6,2/6,2 6,2/6,2/7,2/8,5/8,5 6,1/7,3/7,3/7,3/8,8
530 610 800
1x5 1x6 1x8
20/20/20/20/20 8,6/8,6/8,6/8,6/8,6 7,3/7,3/7,3/7,3/7,3 20/20/15/15/15/15 8,4/8,4/10,1/10,1/10,1/10,1 7,2/7,2/8,5/8,5/8,5/8,5 12.5/12.5/...12.5 11,3/11,3/...11,3 9,5/9,5/...9,5
116 132
1x16 1x32
6,25/6,25/...6,25 3,13/3,13/...3,13
14,9/14,9/...14,9 18,5/18,5/...18,5
12,7/12,7/...12,7 15,8/15,8/...15,8
3.4. Óñòðîéñòâà âîëíîâîãî óïëîòíåíèÿ WDM Óñòðîéñòâî âîëíîâîãî (ñïåêòðàëüíîãî) óïëîòíåíèÿ WDM – WDM ôèëüòð – âûïîëíÿåò ôóíêöèè ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ MUX (îáúåäèíåíèÿ) èëè äåìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ DEMUX (âûäåëåíèÿ èëè ôèëüòðàöèè) îïòè÷åñêèõ ñèãíàëîâ ðàçíûõ äëèí âîëí – êàíàëîâ – â îäíî âîëîêíî
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
53
èç ìíîæåñòâà âîëîêîí èëè èç îäíîãî âîëîêíà â íåñêîëüêî âîëîêîí. Íà ïåðåäàþùåé è ïðèåìíîé ñòîðîíàõ ìîãóò óñòàíàâëèâàòüñÿ îäíîòèïíûå óñòðîéñòâà, íî ðàáîòàþùèå â ðåæèìàõ MUX è DEMUX ñîîòâåòñòâåííî. Ñàì ôàêò ñóùåñòâîâàíèÿ óñòðîéñòâ WDM îñíîâàí íà ñâîéñòâå âîëîêíà ïðîïóñêàòü ìíîæåñòâî êàíàëîâ, êîòîðûå ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ ïî âîëîêíó, íå âçàèìîäåéñòâóÿ ìåæäó ñîáîé, ðèñ. 3.14. Ïåðâûå óñòðîéñòâà WDM ïîÿâèëèñü â íà÷àëå 90-õ ãîäîâ.  îñíîâíîì ýòî áûëè øèðîêîçîííûå äâóõêàíàëüíûå ñèñòåìû ñ äëèíàìè âîëí 1310 íì è 1550 íì.  äàëüíåéøåì ïî ìåðå âñå áîëüøåãî îñâîåíèÿ îêíà 1550 íì ïîÿâëÿþòñÿ ïðåöèçèîííûå óçêîçîííûå WDM óñòðîéñòâà ñ ìóëüòèïëåêñèðóåìûìè äëèíàìè âîëí, ïîëíîñòüþ ëåæàùèìè â îêíå 1550 íì. Ýòî ïîçâîëÿåò ñòðîèòü ïðîòÿæåííûå ìàãèñòðàëè ñ ìíîæåñòâîì êàíàëîâ íà âîëîêíî. Êàòàëèçàòîðîì ïðîãðåññà ñòàíîâÿòñÿ îïòè÷åñêèå óñèëèòåëè EDFA. Ïðàêòè÷åñêè âñÿ ðàáî÷àÿ îáëàñòü äëèí âîëí (passband), â êîòîðîé óñèëèòåëü EDFA èìååò äîñòàòî÷íî âûñîêèé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ è ïðèåìëåìîå îòíîøåíèå ñèãíàë/øóì (1530-1560 íì), îòâîäèòñÿ â ðàñïîðÿæåíèå ñèñòåì âîëíîâîãî óïëîòíåíèÿ. Òåðìèí DWDM (dense wavelength division multiplexer) – ïëîòíîå âîëíîâîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå – èñïîëüçóåòñÿ ïî îòíîøåíèþ ê WDM óñòðîéñòâàì ñ ðàññòîÿíèåì ìåæäó ñîñåäíèìè êàíàëàìè 1,6 íì è ìåíåå. Äëÿ ïîñòðîåíèÿ ìíîãîêàíàëüíûõ WDM ñèñòåì íàðÿäó ñ ïàññèâíûìè WDM ôèëüòðàìè òàêæå òðåáóþòñÿ óçêîïîëîñíûå ëàçåðû, ñòàáèëüíî âûäåðæèâàþùèå íóæíóþ äëèíó âîëíû. Ïîêà èìåííî ëàçåðû îñòàþòñÿ íàèáîëåå äîðîãèì ýëåìåíòîì â òàêèõ ñèñòåìàõ, íåñêîëüêî ñäåðæèâàÿ èõ ðàçâèòèå.  íàñòîÿùåå âðåìÿ ïîñòàâëÿþòñÿ ñèñòåìû ñ ÷èñëîì êàíàëîâ 4, 8 è 16. Ïðåäïîëàãàåòñÿ ðîñò ÷èñëà ìóëüòèïëåêñíûõ êàíàëîâ äî 32. WDM мультиплексор
λ1 λ2
WDM демультиплексор
λ1 λ2 ....
....
Оптическое волокно
λN
λN
Ðèñ. 3.14. Ñõåìà îïòè÷åñêîãî ñåãìåíòà, èñïîëüçóþùåãî ïåðåäà÷ó ìóëüòèïëåêñíîãî ñèãíàëà ïî âîëîêíó
Îñíîâíûå òåõíè÷åñêèå ïàðàìåòðû WDM ôèëüòðîâ Òåðìèíîëîãèÿ îäèíàêîâî ïðèìåíèìà êî âñåì WDM óñòðîéñòâàì. Ïîýòîìó íà÷íåì îáñóæäåíèå ñ ïðîñòåéøåãî äâóõêàíàëüíîãî ìóëüòèïëåêñîðà. Íàðÿäó ñ ôóíêöèåé îáúåäèíåíèÿ (ðèñ. 3.15 à) óñòðîéñòâà WDM òàêæå ìîãóò âûïîëíÿòü îáðàòíóþ ôóíêöèþ (ôóíêöèþ äåìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ) – âûäåëåíèÿ ñèãíàëîâ ðàçíûõ äëèí âîëí èç âîëîêíà, ðèñ. 3.15 á. Áîëüøèíñòâî ïðîèçâîäèìûõ WDM óñòðîéñòâ ñîâìåùàþò ðåæèìû ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ è äåìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ â îäíîì óñòðîéñòâå. Òàêèå óñòðîéñòâà ìîãóò òàêæå èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ è äåìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ äâóíàïðàâëåííûõ ïîòîêîâ, ðèñ. 3.15 â.  èäåàëå ñèãíàë λ 1 , ïîñòóïàþùèé íà ïîëþñ 1 (ðèñ. 3.15 à), äîëæåí ïîëíîñòüþ ïðîõîäèòü â îáùèé âûõîäíîé ïîëþñ 3 (common). Íà ïðàêòèêå, îäíàêî, äîëÿ ñèãíàëà íà äëèíå âîëíû λ1 îòâåòâëÿåòñÿ è ïðîõîäèò ÷åðåç ïîëþñ 2. Àíàëîãè÷íî, ïðèìåíèòåëüíî ê ðèñ. 3.15 á, èäåàëüíûì áûëî áû, åñëè âñå 100% âõîäíîé ìîùíîñòè ñèãíàëà
λ1 ïðîõîäèëè
÷åðåç ïîëþñ 1 è íà-
îáîðîò. È çäåñü òàêîé ýôôåêòèâíîñòè äåìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ äëÿ ëþáîãî èç ñóùåñòâóþùèõ WDM óñòðîéñòâ äîñòè÷ü íåâîçìîæíî. Äëÿ îöåíêè ýòèõ ïàðàçèòíûõ ÿâëåíèé èñïîëüçóþò ïîíÿòèå ïåðåõîäíûå ïîìåõè. Ïåðåõîäíûå ïîìåõè ïîêàçûâàþò, íàñêîëüêî ýôôåêòèâíà ðàáîòà WDM óñòðîéñòâà. Îíè ñîñòîÿò èç áëèæíèõ è äàëüíèõ ïåðåõîäíûõ ïîìåõ. Áëèæíèå ïåðåõîäíûå ïîìåõè NEXT (nearend crosstalk èëè directivity) àíàëîãè÷íû êîýôôèöèåíòó íàïðàâëåííîñòè è îïðåäåëÿþòñÿ êàê äîëÿ ìîùíîñòè, ðåãèñòðèðóåìàÿ íà äëèíå âîëíû λ 1 íà ïîëþñå 2, ñîîòâåòñòâóþùåì äëèíå âîëíû
λ2 ,
ïðè óñëîâèè, ÷òî ñèãíàë íà äëèíå âîëíû
λ1
ïîäàåòñÿ íà ïîëþñ 1 (ðèñ. 3.15 à).
Äàëüíèå ïåðåõîäíûå ïîìåõè FEXT (far-end crosstalk, òàêæå íàçûâàþò isolation) ÿâëÿþòñÿ ìåðîé èçîëÿöèè ìåæäó âûõîäíûìè ïîëþñàìè ïî ñèãíàëàì ðàçíûõ äëèí âîëí. Òàê, åñëè ñèãíàë ïîñòó-
54
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
λ1 íà ïîëþñ 3 (common), (ðèñ. 3.15 á), òî äëÿ íåãî FEXT – ýòî äîëÿ ìîùíîñòè, ðåãèñòðèðóåìàÿ íà äëèíå âîëíû λ 1 íà ïîëþñå 2, ñîîòâåòñòâóþùåì äëèíå âîëíû λ 2 . ïàåò íà äëèíå âîëíû
1
Вход λ1
Выход λ1
λ2 3
WDM
а)
2
Вход λ2
Вход λ1
Выход λ1
λ2
3
WDM Выход λ2
б)
1
Вход λ1
2
2
Выход λ1 Вход λ2 3
WDM
в)
1
Выход λ2
Ðèñ. 3.15. Óñòðîéñòâî WDM: à) ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå ñ óïëîòíåíèåì ïî äëèíàì âîëí; á) äåìóëüòèïëåêñèðîâàíèå; â) ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå/äåìóëüòèïëåêñèðîâàíèå âñòðå÷íûõ ïîòîêîâ
 îáùåì ñëó÷àå WDM ìîäóëü ïðè ðàáîòå â ðåæèìå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ/ äåìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ ìîæåò èìåòü n âõîäíûõ/âûõîäíûõ ïîëþñîâ 1, 2, ..., n, êîòîðûì ñîîòâåòñòâóþò äëèíû âîëí λ 1 , λ 2 , ..., λ n , è îäèí îáùèé âûõîäíîé/âõîäíîé ïîëþñ (com) ñîîòâåòñòâåííî, ðèñ. 3.15 â. Áóäåì îáîçíà÷àòü òàêîé ìîäóëü 1:n. Ââåäåì ñëåäóþùèå îáîçíà÷åíèÿ – äëÿ ìóëüòèïëåêñîðà: Pi (λ k ) – âõîäíîé ñèãíàë íà äëèíå âîëíû λ k , ïîñòóïàþùèé íà ïîëþñ i;
Pi , j (λ k )
– âûõîäíîé ñèãíàë íà äëèíå âîëíû
λk ,
ðåãèñòðèðóåìûé íà âõîäíîì ïîëþñå j, ïðè
λ k ïîñòóïàåò íà ïîëþñ i ( i ≠ j ) ; Pii (λ k ) – îáðàòíîå ðàññåÿíèå ñèãíàëà íà äëèíå âîëíû λ k , ïîñòóïàþùåãî íà ïîëþñ i; Pi ,com (λ k ) – âûõîäíîé ñèãíàë íà äëèíå âîëíû λ k , ðåãèñòðèðóåìûé íà com-ïîëþñå, ïðè
óñëîâèè, ÷òî âõîäíîé ñèãíàë íà äëèíå âîëíû
âèè, ÷òî âõîäíîé ñèãíàë íà äëèíå âîëíû
óñëî-
λ k ïîñòóïàåò íà ïîëþñ i;
äëÿ äåìóëüòèïëåêñîðà:
Pcom (λ k ) – âõîäíîé ñèãíàë íà äëèíå âîëíû λ k , ïîñòóïàþùèé íà com-ïîëþñ; Pcom, j (λ k ) – âûõîäíîé ñèãíàë íà äëèíå âîëíû λ k , ðåãèñòðèðóåìûé íà âûõîäíîì ïîëþñå j, ïðè λ k ïîñòóïàåò íà com-ïîëþñ ( j ≠ k ); Pcom,com (λ k ) – îáðàòíîå ðàññåÿíèå ñèãíàëà íà äëèíå âîëíû λ k , ïîñòóïàþùåãî íà com-ïîëþñ;
óñëîâèè, ÷òî âõîäíîé ñèãíàë íà äëèíå âîëíû
Pcom,k (λ k )
– âûõîäíîé ñèãíàë íà äëèíå âîëíû
λk ,
ðåãèñòðèðóåìûé íà âûõîäíîì ïîëþñå
(ñîáñòâåííîì), ïðè óñëîâèè, ÷òî âõîäíîé ñèãíàë íà äëèíå âîëíû
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
k
λ k ïîñòóïàåò íà com-ïîëþñ.
55
Êîýôôèöèåíòû áëèæíèõ
b NEXT ,
b FEXT
äàëüíèõ
ïåðåõîäíûõ ïîìåõ, à òàêæå êîýôôèöèåí-
òû îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ íà áëèæíåì è äàëüíåì êîíöàõ
b NE
è
b FE
îïðåäåëÿþòñÿ ñîîòíîøå-
íèÿìè:
b NEXT (i, j) = 10 lg
b NE (i) = 10 lg
Pi , j (λ i )
, (i
Pi (λ i )
Pi ,i (λ i ) Pi (λ i )
, (i
b FEXT (i, j) = 10 lg
≠ j = 1,..., n );
= 1,..., n );
b FE (i) = 10 lg
Êîýôôèöèåíòû ïåðåäà÷è íà áëèæíåì
a NE
Pcom, j (λ i )
Pcom,com (λ i )
è äàëüíåì
,(
Pcom (λ i )
Pcom (λ i ) a FE
, (i
j ≠ i = 1,..., n );
= 1,..., n ).
êîíöàõ îïðåäåëÿþòñÿ
ñîîòíîøåíèÿìè:
a NE (i) = −10 lg
Pi ,com (λ i ) Pi (λ i )
, (i
= 1,..., n );
a FE (i) = −10 lg
Pcom,i (λ i ) Pcom (λ i )
, (i
= 1,..., n ).
 îáùåì ñëó÷àå WDM ìîäóëü 1:n ìîæíî îïèñàòü íàáîðîì èç n ìàòðèö ïåðåõîäíûõ êîýôôèöèåíòîâ (ïî îäíîé ìàòðèöå íà êàæäóþ äëèíó âîëíû), ãäå êàæäàÿ ìàòðèöà èìååò ðàçìåðíîñòü ( n + 1) x ( n + 1) . Ïðèìåð òèïè÷íîé ìàòðèöû WDM ìîäóëÿ 1:2 ïðèâåäåí â òàáë. 3.7.
Òàáëèöà 3.7. Ìàòðèöà ïîòåðü a i , j (äÁ) WDM ìîäóëÿ 1:2 Âûõîä
λ1 =1310 íì
Âûõîä
λ 2 =1550 íì
Âõîä
1
2
3 (com)
1
2
3 (com)
1
≤ −50
≤ −25
≤ 1,5
≤ −50
≤ −25
≤ −25
2
≤ −25
≤ −50
≤ −25
≤ −25
≤ −50
≤ 1,5
3 (com)
≤ 1,5
≤ −25
≤ −50
≤ −25
≤ 1,5
≤ −50
Øèðîêîçîííûå è óçêîçîííûå WDM ôèëüòðû Øèðîêîçîííûå WDM ôèëüòðû ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ðàáîòû ñ äâóìÿ, ìàêñèìóì ñ òðåìÿ äëèíàìè âîëí ïðè ðàññòîÿíèè ìåæäó êàíàëàìè áîëåå, ÷åì 70 íì (1310, 1550, 1625 íì). Îíè íàèáîëåå ÷àñòî ïðèìåíÿþòñÿ â ñèñòåìàõ êàáåëüíîãî òåëåâèäåíèÿ 1310/1550 íì, èëè â öèôðîâûõ òåëåêîììóíèêàöèîííûõ ñèñòåìàõ ïåðåäà÷è. Äîïóñêàåòñÿ òàêæå èñïîëüçîâàíèå ïàðû äëèí âîëí 1550/1625 íì ïðè îñóùåñòâëåíèè äèñòàíöèîííîãî ìîíèòîðèíãà ÂÎËÑ íà äëèíå âîëíû 1625 íì. Âíåøíèé âèä øèðîêîçîííîãî WDM ôèëüòðà ïðîèçâîäñòâà ôèðìû DiCon ïîêàçàí íà ðèñ. 3.16 à. Äëÿ ñïðàâêè ïðèâåäåì åãî îñíîâíûå òåõíè÷åñêèå ïàðàìåòðû: äëèíà âîëíû 1310/1550 íì; ðåæèìû ðàáîòû – ìóëüòèïëåêñîð (ðèñ. 3.15 à), äåìóëüòèïëåêñîð (ðèñ. 3.15 á) èëè äâóíàïðàâëåííàÿ ïåðåäà÷à ñèãíàëà (ðèñ. 3.15 ñ); áëèæíèå ïåðåõîäíûå ïîìåõè –60 äÁ; äàëüíèå ïåðåõîäíûå ïîìåõè –40 äÁ (ïî âûõîäíîìó ïîðòó 1) è –20 äÁ (ïî âûõîäíîìó ïîðòó 2); âíîñèìûå ïîòåðè íå áîëüøå 1,0 è 0,7 äÁ (â âûõîäíûõ ïîðòàõ 1 è 2 ñîîòâåòñòâåííî); îáðàòíûå ïîòåðè –55 äÁ; èñïîëüçóåòñÿ ñòàíäàðòíîå îäíîìîäîâîå âîëîêíî ôèðìû Corning SMF-28; ïîñòàâêà âîçìîæíà êàê áåç ðàçúåìîâ (ñòàíäàðòíûé ìèíèêàáåëü ∅ 3 ìì, èëè âîëîêíî â áóôåðå ∅ 900 ìêì), òàê è ñ ðàçúåìàìè â çàêàçûâàåìîì ñî÷åòàíèè. Óçêîçîííûå WDM ôèëüòðû ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ è äåìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ ñèãíàëîâ â ìíîãîêàíàëüíûõ ñèñòåìàõ ñ ðàññòîÿíèåì ìåæäó êàíàëàìè îò ìèíèìàëüíîãî 1,6 íì (èëè åùå ìåíüøå 0,8 íì) äî 70 íì. Îñíîâíûå òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè, çà èñêëþ÷åíèåì ðàáî÷èõ äëèí âîëí, ñõîæè ñ ïðåäûäóùèì òèïîì. Îñíîâíûå îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ: âîëîêîííî-îïòè÷åñêèå ñèñòåìû ñ èñïîëüçîâàíèåì îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé EDFA, ìóëüòèïëåêñíûå ñèñòåìû "add/drop", ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèå ñåòè.
56
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Âíåøíèé âèä òðåõïîëþñíîãî óñòðîéñòâà è ïÿòèïîëþñíîãî (÷åòûðåõêàíàëüíîãî) WDM óñòðîéñòâ ïîêàçàí íà ðèñ. 3.16 á, â.
à)
á)
â)
Ðèñ. 3.16. Âíåøíèé âèä WDM óñòðîéñòâ ïðîèçâîäñòâà ôèðìû DiCon [13]: à) øèðîêîçîííûé òðåõïîëþñíûé 1310/1550/1625 WDM ôèëüòð (1:2); á) óçêîçîííûé òðåõïîëþñíûé WDM ôèëüòð (1:2); â) 4-êàíàëüíîå óñòðîéñòâî WDM (1:4)
Ïîñòàâùèêè. Êðóïíûìè ïîñòàâùèêàìè îïòè÷åñêèõ ðàçâåòâèòåëåé è WDM óñòðîéñòâ ÿâëÿþòñÿ: ADC [11], Amphenol [12], DiCon [13], FOCI [14], Lucent Technologies [15], Molex [16], Nortel [17], Oki Electric Industry [18] è äð.
3.5. Îïòè÷åñêèå èçîëÿòîðû Îïòè÷åñêèé ñèãíàë, ðàñïðîñòðàíÿÿñü ïî âîëîêíó, îòðàæàåòñÿ îò ðàçëè÷íûõ íåîäíîðîäíîñòåé, â îñîáåííîñòè îò ìåñò ñóõîãî ñòûêà, îáðàçóåìûõ îïòè÷åñêèìè ñîåäèíèòåëÿìè.  ðåçóëüòàòå òàêîãî îòðàæåíèÿ ÷àñòü ýíåðãèè âîçâðàùàåòñÿ îáðàòíî. Åñëè â êà÷åñòâå èñòî÷íèêîâ èçëó÷åíèÿ èñïîëüçóþòñÿ ëàçåðíûå äèîäû, òî îòðàæåííûé ñèãíàë, ïîïàäàÿ â ðåçîíàòîð ëàçåðà, ñïîñîáåí èíäóöèðîâàíî óñèëèâàòüñÿ, ïðèâîäÿ ê ïàðàçèòíîìó ñèãíàëó. Îñîáåííî ýòî íå æåëàòåëüíî, êîãäà èñòî÷íèê èçëó÷åíèÿ ãåíåðèðóåò öèôðîâîé øèðîêîïîëîñíûé ñèãíàë (>100 ÌÃö), èëè àíàëîãîâûé øèðîêîïîëîñíûé ñèãíàë (â ñìåøàííûõ âîëîêîííî-êîàêñèàëüíûõ ñåòÿõ êàáåëüíîãî òåëåâèäåíèÿ äî 1 ÃÃö).  ñëîæíûõ øèðîêîïîëîñíûõ ñåòÿõ, êîãäà èìååòñÿ ìíîæåñòâî ïîäêëþ÷åíèé êîííåêòîðîâ è äðóãèå îïòè÷åñêèå óñòðîéñòâà (ðàçâåòâèòåëè, WDM óñòðîéñòâà, îïòè÷åñêèå óñèëèòåëè), òàêàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü óñèëèâàåòñÿ è ïðèâîäèò ê ðîñòó óðîâíÿ øóìà èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ. Íàèáîëåå êàðäèíàëüíûé ñïîñîá ïîäàâëåíèÿ îáðàòíîãî ïîòîêà îñíîâàí íà èñïîëüçîâàíèè îïòè÷åñêèõ èçîëÿòîðîâ. Îïòè÷åñêèé èçîëÿòîð îáåñïå÷èâàåò ïðîïóñêàíèå ñâåòà â îäíîì íàïðàâëåíèè ïî÷òè áåç ïîòåðü, à â äðóãîì (îáðàòíîì) íàïðàâëåíèè ñ áîëüøèì çàòóõàíèåì. Îïòè÷åñêèå èçîëÿòîðû ñåãîäíÿ ÿâëÿþòñÿ êëþ÷åâûì ýëåìåíòîì ìíîãèõ ëàçåðíûõ ñèñòåì, îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé, à òàêæå èñïîëüçóþòñÿ â êà÷åñòâå îòäåëüíîãî ýëåìåíòà îïòè÷åñêîé ëèíèè ñâÿçè.
Âðàùåíèå ïëîñêîñòè ïîëÿðèçàöèè  îñíîâå ðàáîòû îïòè÷åñêîãî èçîëÿòîðà ëåæèò ýôôåêò Ôàðàäåÿ – âðàùåíèå ïëîñêîñòè ïîëÿðèçàöèè ñâåòà îïòè÷åñêè íåàêòèâíûìè âåùåñòâàìè ïîä äåéñòâèåì ïðîäîëüíîãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ. Óãîë ïîâîðîòà ïëîñêîñòè ïîëÿðèçàöèè ðàâåí θ = VB z d , ãäå V – ïîñòîÿííàÿ Âåðäå (Verdet) – óäåëüíîå ìàãíèòíîå âðàùåíèå, çàâèñÿùàÿ îò ïðèðîäû âåùåñòâà, òåìïåðàòóðû è äëèíû âîëíû ñâåòà, B z – ïðîäîëüíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ èíäóêöèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ, d – äëèíà ïóòè ñâåòà â âåùåñòâå – ðàçìåð ÿ÷åéêè Ôàðàäåÿ. Íàïðàâëåíèå âðàùåíèÿ çàâèñèò òîëüêî îò ïðèðîäû âåùåñòâà è íàïðàâëåíèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ. Çíàê âðàùåíèÿ îòñ÷èòûâàåòñÿ äëÿ íàáëþäàòåëÿ, ñìîòðÿùåãî âäîëü ìàãíèòíîãî ïîëÿ. Ìàãíèòíîå âðàùåíèå ïëîñêîñòè ïîëÿðèçàöèè îáóñëîâëåíî âîçíèêíîâåíèåì àñèììåòðèè îïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ âåùåñòâà ïîä äåéñòâèåì ìàãíèòíîãî ïîëÿ. Çàâèñèìîñòü âðàùåíèÿ ïëîñêîñòè ïîëÿðèçàöèè îò äëèíû âîëíû ñâåòà íàçûâàåòñÿ âðàùàòåëüíîé äèñïåðñèåé.  ïåðâîì ïðèáëèæåíèè â îáëàñòè äîñòàòî÷íî ìàëûõ äëèí âîëí, óäàëåííûõ îò ïîëîñ ïîãëîùåíèÿ ñâåòà âåùåñòâîì, óãîë âðàùåíèÿ ïëîñêîñòè ïîëÿðèçàöèè çàâèñèò îò äëèíû âîëíû ñâåòà
λ
ïî çàêîíó Áèî:
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
θ ∼ λ−2 . 57
Ïðèíöèï äåéñòâèÿ îïòè÷åñêîãî èçîëÿòîðà Îïòè÷åñêèé èçîëÿòîð ñîñòîèò èç òðåõ ýëåìåíòîâ: ïîëÿðèçàòîðà 1 (âõîäíîãî ïîëÿðèçàòîðà), ÿ÷åéêè Ôàðàäåÿ 2 è àíàëèçàòîðà 3 (âûõîäíîãî ïîëÿðèçàòîðà), ðèñ. 3.17. Ïàðàìåòðû ÿ÷åéêè Ôàðàäåÿ âûáèðàþòñÿ òàê, ÷òîáû îñü ïîëÿðèçàöèè ñâåòà, ïðîõîäÿùåãî ÷åðåç íåå, ðàçâîðà÷èâàëàñü íà 45o. Ïîä òàêèì æå óãëîì óñòàíàâëèâàþòñÿ îñè ïîëÿðèçàòîðîâ. Âõîäíîé ïîëåçíûé ñèãíàë, ïðîõîäÿ ÷åðåç ïîëÿðèçàòîð 1, îñòàâëÿåò ñâîþ âåðòèêàëüíóþ ñîñòàâëÿþùóþ áåç èçìåíåíèÿ, óñòðàíÿÿ ãîðèçîíòàëüíóþ ñîñòàâëÿþùóþ, ðèñ. 3.17 à. Äàëåå âåðòèêàëüíî ïîëÿðèçîâàííûé ñâåò ïðîõîäèò ÷åðåç ÿ÷åéêó Ôàðàäåÿ 2, ðàçâîðà÷èâàåò ïëîñêîñòü ïîëÿðèçàöèè íà 45o è áåñïðåïÿòñòâåííî ïðîõîäèò ÷åðåç àíàëèçàòîð 3. Ïðè ðàñïðîñòðàíåíèè ñâåòà â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè (ðèñ. 3.17 á) îí òàêæå ïîëÿðèçóåòñÿ â ïëîñêîñòè àíàëèçàòîðà 3, çàòåì, ïðîõîäÿ ÷åðåç ÿ÷åéêó Ôàðàäåÿ 2, ñòàíîâèòñÿ ãîðèçîíòàëüíî ïîëÿðèçîâàííûì. Òàêèì îáðàçîì, îñè ïîëÿðèçàöèè ñâåòà è ïîëÿðèçàòîðà 1 ñîñòàâëÿþò óãîë 90o, ïîýòîìó ïîëÿðèçàòîð 1 íå ïðîïóñêàåò îáðàòíîå èçëó÷åíèå.
Òåõíè÷åñêèå ïàðàìåòðû Îñíîâíûìè òðåáîâàíèÿìè, ïðåäúÿâëÿåìûìè ê îïòè÷åñêîìó èçîëÿòîðó, ÿâëÿþòñÿ ìàëûå âíîñèìûå ïîòåðè â ïðÿìîì íàïðàâëåíèè (∼ 1-2 äÁ) è âûñîêàÿ èçîëÿöèÿ (ïîòåðè ïðè ðàñïðîñòðàíåíèè îáðàòíîãî ñèãíàëà) â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè (>30 äÁ). Êðîìå òîãî, äîëæíû îáåñïå÷èâàòüñÿ ïðîçðà÷íîñòü âî âñåì äèàïàçîíå ðàáî÷èõ äëèí âîëí, ñòàáèëüíîñòü ïàðàìåòðîâ ïðè èçìåíåíèè òåìïåðàòóðû.  äèàïàçîíå äëèí âîëí 1,3-1,55 ìêì ìàãíèòîîïòè÷åñêèì ìàòåðèàëîì, èñïîëüçóåìîì â ÿ÷åéêå Ôàðàäåÿ, ÿâëÿåòñÿ Y3 Fe 3 O12 . Íà äëèíå âîëíû 0,85 ìêì èñïîëüçóåòñÿ ïàðàìàãíèòíîå ñòåêëî.
θ = 45o
z
Bz Сигнал в прямом направлении
а)
Анализатор (3) Ячейка Фарадея (2)
Поляризатор (1)
θ = 45o Bz
б)
в) z
Сигнал в обратном направлении Анализатор (3)
Ячейка Фарадея (2) Поляризатор (1)
à) ïîëåçíûé ñèãíàë â ïðÿìîì íàïðàâëåíèè ïðîõîäèò ñâîáîäíî; á) ñèãíàë â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè ïîãëîùàåòñÿ ïîëÿðèçàòîðîì; â) âèä îïòè÷åñêîãî èçîëÿòîðà (ñïðàâà) ðÿäîì ñ ëàçåðíûì äèîäîì
Ðèñ. 3.17. Ñõåìà îïòè÷åñêîãî èçîëÿòîðà:
Ïàðàìåòðû îïòè÷åñêèõ èçîëÿòîðîâ, âûïóñêàåìûõ ôèðìàìè EOT (Electro-Optic Technology), OFR (Optical For Research, Inc.) ïðèâåäåíû â òàáë. 3.8. Îïòè÷åñêèå èçîëÿòîðû ÷àñòî èíòåãðèðóþòñÿ â ëàçåðíûé ïåðåäàþùèé ìîäóëü. Âûñîêàÿ ýôôåêòèâíîñòü òàêîãî ðåøåíèÿ ñâÿçàíà ñ òåì, ÷òî âûõîäíîé îïòè÷åñêèé ñèãíàë îò ëàçåðíîãî ñâåòîäèîäà èìååò ýëëèïòè÷åñêóþ ïîëÿðèçàöèþ. Îïòè÷åñêèé èçîëÿòîð óñòàíàâëèâàåòñÿ òàê, ÷òîáû ïëîñêîñòü ïîëÿðèçàöèè àíàëèçàòîðà 1 ñîâïàäàëà ñ ïëîñêîñòüþ ïîëÿðèçàöèè ìàêñèìàëüíîé ñîñòàâëÿþùåé âûõîäíîãî ñèãíàëà îò ëàçåðíîãî ñâåòîäèîäà. Îïòè÷åñêèå èçîëÿòîðû òàêæå ÿâëÿþòñÿ íåîòúåìëåìîé ÷àñòüþ îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé íà ïðèìåñíîì âîëîêíå.  ýòîì ñëó÷àå óñòàíàâëèâàåòñÿ ïàðà îïòè÷åñêèõ èçîëÿòîðîâ – îäèí íà âõîäå, äðóãîé íà âûõîäå îïòè÷åñêîãî óñèëèòåëÿ. Ïîñêîëüêó îïòè÷åñêèå óñèëèòåëè, êàê ïðàâèëî, îñóùåñòâëÿþò óñèëåíèå ìóëüòèïëåêñíîãî îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà, òî íåîáõîäèìî, ÷òîáû îïòè÷åñêèå èçîëÿòîðû èìåëè âûñîêèå õàðàêòåðèñòèêè âî âñåì äèàïàçîíå äëèí âîëí, ïðåäñòàâ-
58
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
ëåííûõ â îïòè÷åñêîì ñèãíàëå. Äëÿ ýòîé öåëè èñïîëüçóþòñÿ ñïåöèàëüíûå øèðîêîçîííûå îïòè÷åñêèå èçîëÿòîðû.
Òàáëèöà 3.8. Òåõíè÷åñêèå ïàðàìåòðû îïòè÷åñêèõ èçîëÿòîðîâ Ìîäåëü Ïèêîâàÿ èçîëÿöèÿ (íà öåíòðàëüíîé äëèíå âîëíû) Ïîëîñà ñ èçîëÿöèåé äî 90% îò ïèêîâîé
IO-G-1310 (1310 íì)
IO-G-1550 (1550 íì)
≥ 36 äÁ
8 ÷ 16 äÁ
1÷2% îò
λ =1310 íì
1÷2% îò
λ =1550 íì
Âíîñèìûå ïîòåðè
0,7÷1,2 äÁ
0,7÷1,2 äÁ
Îáðàòíûå ïîòåðè
> 55 äÁ
> 55 äÁ
Ðàáî÷àÿ òåìïåðàòóðà
–20 ÷
+55oC
–20 ÷ +55oC
Òåìïåðàòóðà õðàíåíèÿ
–35 ÷ +80oC
–35 ÷ +80oC
95%, 0oC ÷ 40oC
95%, 0oC ÷ 40oC
Îòíîñèòåëüíàÿ âëàæíîñòü
Ïîñòàâùèêàìè ðàçíîîáðàçíûõ îïòè÷åñêèõ èçîëÿòîðîâ ÿâëÿþòñÿ ôèðìû: DiCon [13], FOCI [14], FiberPlex [19], Shinkosha [20].
3.6. Äðóãèå ñïåöèàëüíûå ïàññèâíûå êîìïîíåíòû ÂÎËÑ Àòòåíþàòîðû Àòòåíþàòîðû èñïîëüçóþòñÿ ñ öåëüþ óìåíüøåíèÿ ìîùíîñòè âõîäíîãî îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà. Òàêàÿ íåîáõîäèìîñòü ìîæåò âîçíèêíóòü êàê ïðè ïåðåäà÷å öèôðîâîãî, òàê è àíàëîãîâîãî ñèãíàëà. Ïðè öèôðîâîé ïåðåäà÷å áîëüøîé óðîâåíü ñïîñîáåí ïðèâåñòè ê íàñûùåíèþ ïðèåìíîãî îïòîýëåêòðîííîãî ìîäóëÿ. Ïðè ïåðåäà÷å àíàëîãîâîãî ñèãíàëà ÷ðåçìåðíî âûñîêèé óðîâåíü ïðèâîäèò ê íåëèíåéíûì èñêàæåíèÿì è óõóäøåíèþ èçîáðàæåíèÿ. Ïî ïðèíöèïó äåéñòâèÿ àòòåíþàòîðû áûâàþò ïåðåìåííûå è ôèêñèðîâàííûå. Ïåðåìåííûå àòòåíþàòîðû äîïóñêàþò ðåãóëèðîâêó âåëè÷èíû çàòóõàíèÿ â ïðåäåëàõ 0-20 äÁ äëÿ ìíîãîìîäîâûõ è îäíîìîäîâûõ âîëîêîí ñ òî÷íîñòüþ óñòàíîâêè âåëè÷èíû çàòóõàíèÿ 0,5 äÁ. Ðåãóëèðîâêà äîñòèãàåòñÿ ïóòåì èçìåíåíèÿ âåëè÷èíû âîçäóøíîãî çàçîðà. Ôèêñèðîâàííûå àòòåíþàòîðû èìåþò óñòàíîâëåííîå èçãîòîâèòåëåì çíà÷åíèå çàòóõàíèÿ, âåëè÷èíà êîòîðîãî ìîæåò ñîñòàâëÿòü 0, 5, 10, 15 èëè 20 äÁ. Çàòóõàíèå ìîæåò âíîñèòüñÿ ïîñðåäñòâîì âîçäóøíîãî çàçîðà ôèêñèðîâàííîé âåëè÷èíû, èëè ïîñðåäñòâîì ñïåöèàëüíîãî ïîãëîùàþùåãî ôèëüòðà, âñòðîåííîãî â àòòåíþàòîð [7, 26].  ïîñëåäíåì ñëó÷àå çíà÷èòåëüíî óìåíüøàåòñÿ îáðàòíîå îòðàæåíèå, ïîñêîëüêó ôèëüòð èìååò áëèçêèé ê âîëîêíó ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ, ÷òî ñèëüíî óìåíüøàåò îáðàòíîå ôðåíåëåâñêîå ðàññåÿíèå. Äîñòóïíû ðàçíîîáðàçíûå èñïîëíåíèÿ àòòåíþàòîðîâ: àòòåíþàòîðû-øíóðû, àòòåíþàòîðûðîçåòêè, àòòåíþàòîðû-FM ðîçåòêè. Àòòåíþàòîðû-øíóðû îêîíöîâûâàþòñÿ ñ îáåèõ ñòîðîí ñòàíäàðòíûìè ñîåäèíèòåëÿìè (ST, SC èëè FC). Çàòóõàíèå â øíóðå îáåñïå÷èâàåòñÿ áëàãîäàðÿ ñïåöèàëüíîìó âîëîêíó. Àòòåíþàòîðû-ðîçåòêè áûâàþò êàê ïåðåìåííûå (ñ ðåãóëèðóåìûì âîçäóøíûì çàçîðîì), òàê è ôèêñèðîâàííûå (ñ íåðåãóëèðóåìûì âîçäóøíûì çàçîðîì èëè ôèëüòðîì). Àòòåíþàòîðû-FM ðîçåòêè, ðèñ. 3.18, óñòàíàâëèâàåìûå ìåæäó ñòàíäàðòíîé ïåðåõîäíîé ðîçåòêîé è îïòè÷åñêèì ñîåäèíèòåëåì, îáû÷íî âûïóñêàþòñÿ ñ ôèêñèðîâàííûì íàáîðîì çíà÷åíèé çàòóõàíèÿ 5, 10,15 è 20 äÁ (çàòóõàíèå îáåñïå÷èâàåòñÿ ëèáî íåðåãóëèðóåìûì âîçäóøíûì çàçîðîì, ëèáî ôèëüòðîì).
Ðèñ. 3.18. Âíåøíèé âèä àòòåíþàòîðà-FM ðîçåòêè ñòàíäàðòà SC
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
59
 øèðîêîïîëîñíûõ ñåòÿõ êàáåëüíîãî òåëåâèäåíèÿ ïðè èñïîëüçîâàíèè ãèáðèäíûõ âîëîêîííî-êîàêñèàëüíûõ àðõèòåêòóð HFC îáðàòíîå îòðàæåíèå, âíîñèìîå àòòåíþàòîðîì ñ âîçäóøíûì çàçîðîì, ìîæåò îêàçàòüñÿ ñëèøêîì áîëüøèì. Çíà÷èòåëüíî óìåíüøèòü îáðàòíîå îòðàæåíèå ìîæíî, èñïîëüçóÿ àòòåíþàòîðû ñî ñêîøåííûì ïîä óãëîì 80 íàêîíå÷íèêîì äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ ê ñîåäèíèòåëþ FC/APC èëè SC/APC.
Îïòè÷åñêèå ïåðåêëþ÷àòåëè Îïòè÷åñêèå ïåðåêëþ÷àòåëè îñóùåñòâëÿþò ìåõàíè÷åñêóþ, òî åñòü áåç îïòîýëåêòðîííîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ, êîììóòàöèþ îäíîãî èëè íåñêîëüêèõ îïòè÷åñêèõ ñèãíàëîâ, ïåðåõîäÿùèõ èç îäíèõ âîëîêîí â äðóãèå. Ïðè ýòîì óïðàâëåíèå ïðîöåññîì ïåðåêëþ÷åíèÿ ìîæåò áûòü ðó÷íîå, íàïðèìåð ïðè ïîìîùè òóìáëåðà, èëè ýëåêòðè÷åñêîå, ïðè ïîìîùè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîòåíöèàëà. Ïîñëåäíèé òèï ïåðåêëþ÷àòåëåé áîëåå ðàñïðîñòðàíåí. Îñíîâíàÿ îáëàñòü ïðèìåíåíèÿ – â ñîñòàâå îáîðóäîâàíèÿ äëÿ òåñòèðîâàíèÿ è ìîíèòîðèíãà ÂÎËÑ, à òàêæå â ñîñòàâå ñèñòåìû, îáåñïå÷èâàþùåé ïîâûøåííóþ íàäåæíîñòü (êàê, íàïðèìåð, îïòè÷åñêèé îáõîäíîé ïåðåêëþ÷àòåëü â òåõíîëîãèè FDDI). Ðåàëèçàöèè îòëè÷àþòñÿ ôóíêöèîíàëüíûìè âîçìîæíîñòÿìè: êîëè÷åñòâîì âõîäíûõ è âûõîäíûõ âîëîêîí-ïîëþñîâ è òèïîì âîëîêîí (ìíîãîìîäîâîå èëè îäíîìîäîâîå), âîçìîæíîñòüþ íåáëîêèðóþùåé êîììóòàöèè ñèãíàëîâ, à òàêæå òåõíè÷åñêèìè õàðàêòåðèñòèêàìè, èç êîòîðûõ íàèáîëåå âàæíûå: âíîñèìûå ïîòåðè, îáðàòíîå îòðàæåíèå, âðåìÿ ñðàáàòûâàíèÿ, âëèÿíèå ïàðàìåòðîâ îêðóæàþùåé ñðåäû, íàðàáîòêà íà îòêàç. Ðàçíûå èíæåíåðíûå òåõíîëîãèè èñïîëüçóþòñÿ ïðè êîììóòàöèè, íàïðèìåð, ïîâîðîòíûå áèïðèçìû, ïîâîðîòíûå çåðêàëà èëè ïîäâèæíûå âîëîêíà. Îïòè÷åñêèå ïåðåêëþ÷àòåëè ÿâëÿþòñÿ èçîòðîïíûìè óñòðîéñòâàìè – âíîñèìûå ïîòåðè íå çàâèñÿò îò íàïðàâëåíèÿ ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñèãíàëà. Ðàçëè÷àþò íåñêîëüêî òèïîâ îïòè÷åñêèõ ïåðåêëþ÷àòåëåé: •
Ïåðåêëþ÷àòåëü 1xN – èìååò îäèí âõîäíîé ïîëþñ, ñèãíàë èç êîòîðîãî ïåðåíàïðàâëÿåòñÿ â îäèí èç N âûõîäíûõ, ðèñ. 3.19 à;
•
Äóïëåêñíûé ïåðåêëþ÷àòåëü 2xN – èìååò äâà âõîäíûõ ïîëþñà, ñèãíàëû èç êîòîðûõ ìîãóò ïåðåíàïðàâëÿòüñÿ â âûõîäíûå ïîëþñû ñ øàãîì 2, ðèñ. 3.19 á;
•
Áëîêèðóþùèé ïåðåêëþ÷àòåëü 2xN – èìååò äâà âõîäíûõ ïîëþñà, íî òîëüêî îäèí ñèãíàë èç äâóõ âõîäíûõ ìîæíî ïåðåäàòü â âûõîäíîé ïîëþñ – îñòàâøèéñÿ ñèãíàë íå âûõîäèò íàðóæó, ðèñ. 3.19 â;
•
Íåáëîêèðóþùèé ïåðåêëþ÷àòåëü 2xN – èìååò äâà âõîäíûõ ïîëþñà, ñèãíàëû èç êîòîðûõ ìîãóò ïåðåíàïðàâëÿòüñÿ â âûõîäíûå ïîëþñû ñ øàãîì 1, ðèñ. 3.19 ã.
Вх. Общий
а)
0
Вых. 1 2 Вх. 3 1 4 2 . . N
б)
0
0
Вых. 1 Вх. 1 1 2 2 2 3 3 N
в)
0
0
Вых. 1 2 3 N
0 Вх. 1 2
г)
0
Вых. 1 2 3 4 . . N
Ðèñ. 3.19. Òèïû îïòè÷åñêèõ ïåðåêëþ÷àòåëåé
 òåõíîëîãèè FDDI èñïîëüçóåòñÿ 8-ïîëþñíûé (4 âõîäíûõ è 4 âûõîäíûõ) îïòè÷åñêèé îáõîäíîé ïåðåêëþ÷àòåëü OBS (optical bypass switch), ïðè÷åì îí ìîæåò íàõîäèòüñÿ ëèáî â îñíîâíîì ñîñòîÿíèè ñ êîììóòàöèé ïîëþñîâ: âõ1-âûõ1, âõ2-âûõ2, âõ3-âûõ3, âõ4-âûõ4; ëèáî â áàéïàñîâîì ñîñòîÿíèè ñ êîììóòàöèåé ïîëþñîâ: âõ1-âûõ2, âõ2-âûõ1, âõ3-âûõ4, âõ4-âûõ3. Êîëè÷åñòâî âûõîäíûõ ïîëþñîâ â çàâèñèìîñòè îò ìîäåëè ìîæåò áûòü îò äâóõ äî íåñêîëüêèõ äåñÿòêîâ. Èç-çà íàëè÷èÿ ìåõàíè÷åñêîãî ýëåìåíòà ñ ðîñòîì êîëè÷åñòâà ïîëþñîâ âðåìÿ ñðàáàòûâàíèÿ îïòè÷åñêîãî ïåðåêëþ÷àòåëÿ, óïðàâëÿåìîãî ýëåêòðè÷åñêèì ïîòåíöèàëîì, âîçðàñòàåò è ìîæåò âàðüèðîâàòüñÿ â ïðåäåëàõ îò 25 ìñ äî 500 ìñ. Ôèðìà DiCon Fiberoptics âûïóñêàåò ïåðåêëþ÷àòåëè ñ êîëè÷åñòâîì âûõîäíûõ ïîëþñîâ äî 100, ñ ðó÷íûì èëè ÷åðåç ñòàíäàðòíûå ôèçè÷åñêèå ýëåêòðè÷åñêèå èíòåðôåéñû óïðàâëåíèåì (RS-232, RS-485).  òàáë. 3.9 ïðèâåäåíû îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè ìàëîïîðòîâûõ ïåðåêëþ÷àòåëåé ýòîé ôèðìû.
60
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Òàáëèöà 3.9. Õàðàêòåðèñòèêè îïòè÷åñêèõ ïåðåêëþ÷àòåëåé [13] Õàðàêòåðèñòèêè
1x2 MM Switch
2x2 SM Switch
FDDI Dual Bypass Switch
ìíîãîìîäîâîå
îäíîìîäîâîå
ìíîãîìîäîâîå
0,5; max 1,0
0,6; max 1,3
0,5; max 1,8
Îáðàòíîå îòðàæåíèå, äÁ
–
< –50
–
Âðåìÿ ñðàáàòûâàíèÿ, ìñ
< 25
< 50
< 25
> 10000000
> 10000000
> 10000000
< –80
< –80
< –80
Òèï âîëîêíà Âíîñèìûå ïîòåðè, äÁ
Íàðàáîòêà íà îòêàç, ÷èñëî öèêëîâ Ïåðåõîäíûå ïîìåõè, äÁ
Êðóïíûìè ïîñòàâùèêàìè îïòè÷åñêèõ ïåðåêëþ÷àòåëåé ÿâëÿþòñÿ: AMP, DiCon, Fibertron, JSD Fitel, Molex, NetOptics.
Ñîåäèíèòåëüíûå ãåðìåòè÷íûå ìóôòû Ïðè ïðîêëàäêå ïðîòÿæåííîé ëèíèè ñâÿçè íà îäèí ëèíåéíûé ó÷àñòîê ìåæäó ïðèåìîïåðåäàþùèì îáîðóäîâàíèåì ìîæåò ïðèõîäèòüñÿ îò åäèíèö äî íåñêîëüêèõ äåñÿòêîâ ñòðîèòåëüíûõ äëèí ÂÎÊ.  ìåñòàõ ñîïðÿæåíèÿ êóñêîâ îïòè÷åñêèõ êàáåëåé îáû÷íî ïðîèçâîäèòñÿ ñâàðêà âîëîêîí ñ ïîñëåäóþùåé íàäåæíîé çàùèòîé ìåñò ñâàðêè. Äëÿ ýòîé öåëè èñïîëüçóþòñÿ ñîåäèíèòåëüíûå ìóôòû, îñíîâíàÿ çàäà÷à êîòîðûõ – ãåðìåòè÷íî íà äëèòåëüíîé ñðîê çàêðûòü îáëàñòü ñâàðåííûõ âîëîêîí. Ìóôòû ìîãóò ïðåäíàçíà÷àòüñÿ äëÿ óêëàäêè â ãðóíòå, íà äíå ðåê, îêåàíîâ, äëÿ ïîäâåñêè íà îïîðû âäîëü ëèíèè ýëåêòðîïåðåäà÷ è ò.ä. Íàðÿäó ñî ñïåöèàëèçèðîâàííûìè ïîñòàâëÿþòñÿ è óíèâåðñàëüíûå ìóôòû, êîòîðûå ìîãóò îáåñïå÷èâàòü âíåøíþþ çàùèòó ñðàçó íåñêîëüêèì øèðîêî èñïîëüçóåìûì òèïàì êàáåëåé – äëÿ ïðîêëàäêè â ãðóíò, â êàáåëüíóþ êàíàëèçàöèþ è äëÿ ïîäâåñêè íà îïîðàõ. Ïðèìåðû ñîåäèíèòåëüíûõ ìóôò ïîêàçàíû íà ðèñ. 3.20.
а)
б)
Ðèñ. 3.20. Óíèâåðñàëüíûå îïòè÷åñêèå ñîåäèíèòåëüíûå ìóôòû: à) ìóôòà ÕÎÊ 10 (ïðîèçâîäèòåëü NK Cables); á) ïðîõîäíàÿ ìóôòà ÌÎÌ3 (ïîñòàâùèê "Ïåðñïåêòèâíûå Òåõíîëîãèè")
Êðóïíûìè ïîñòàâùèêàìè ýòîé ïðîäóêöèè ÿâëÿþòñÿ PLP [21], Lucent Technologies, Siemens, NK Cables (Nokia) [22].
3.7. Îïòè÷åñêèå ðàñïðåäåëèòåëüíûå è êîììóòàöèîííûå óñòðîéñòâà Êîãäà ÂÎÊ íàðóæíîé ïðîêëàäêè (ëèíåéíûé ÂÎÊ) çàõîäèò âíóòðü çäàíèÿ, åãî, êàê ïðàâèëî, íå ïîäêëþ÷àþò íåïîñðåäñòâåííî ê ïðèåìî-ïåðåäàþùåìó îáîðóäîâàíèþ (îïòè÷åñêèì òðàíñèâåðàì). Òàêîå ðåøåíèå áûëî áû íåíàäåæíûì è íåãèáêèì. Îáû÷íî ïðåäâàðèòåëüíî âûïîëíÿåòñÿ òåðìèíèðîâàíèå âîëîêîí ëèíåéíîãî ÂÎÊ.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
61
Òåðìèíèðîâàíèå ÂÎÊ Òåðìèíèðîâàíèåì íàçûâàåòñÿ îêîíöåâàíèå âîëîêîí ÂÎÊ îïòè÷åñêèìè êîííåêòîðàìè è ïîñëåäóþùåå ïîäêëþ÷åíèå îêîíöîâàííûõ âîëîêîí ê ïåðåõîäíûì ðîçåòêàì, çàêðåïëåííûì íà îïòè÷åñêîé ðàñïðåäåëèòåëüíîé ïàíåëè/êîðîáêå, äëÿ îáåñïå÷åíèÿ äàëüíåéøåé ñâÿçè ñ ñåòåâûì îáîðóäîâàíèåì ÷åðåç îïòè÷åñêèå ñîåäèíèòåëüíûå øíóðû. Ðàçëè÷àþò òðè ñïîñîáà òåðìèíèðîâàíèÿ ÂÎÊ: íåïîñðåäñòâåííîå òåðìèíèðîâàíèå; òåðìèíèðîâàíèå ÷åðåç ñâàðêó ñ çàðàíåå ïîäãîòîâëåííûìè, îêîíöîâàííûìè ñ îäíîé ñòîðîíû âîëîêíàìè (pig-tail-àìè); òåðìèíèðîâàíèå ÷åðåç ñâàðêó ñ âîëîêíàìè ñòàíöèîííîãî ÂÎÊ. Íåïîñðåäñòâåííîå òåðìèíèðîâàíèå ïîäðàçóìåâàåò îêîíöåâàíèå âîëîêîí ëèíåéíîãî ÂÎÊ êîííåêòîðàìè, êîòîðûå çàòåì ïîäêëþ÷àþòñÿ ê ïåðåõîäíûì ðîçåòêàì, óñòàíîâëåííûì íà ñïåöèàëüíîé îïòè÷åñêîé ïàíåëè, ðèñ. 3.21 à. Òàêîå íåïîñðåäñòâåííîå îêîíöåâàíèå óäîáíåé ïðîèçâîäèòü â ëàáîðàòîðíûõ èëè çàâîäñêèõ óñëîâèÿõ. Òåðìèíèðîâàíèå ÷åðåç ñâàðêó ñ pig-tail-àìè îñíîâàíî íà ñâàðêå âîëîêîí ëèíåéíîãî ÂÎÊ ñ âîëîêíàìè çàðàíåå ïîäãîòîâëåííûõ òàê íàçûâàåìûõ pig-tail-îâ. Pig-tail – ýòî îïòè÷åñêîå âîëîêíî â áóôåðíîì ïîêðûòèè äëèíîé îáû÷íî äî îäíîãî ìåòðà, îêîíöîâàííîå ñîåäèíèòåëåì ñ îäíîé ñòîðîíû. Ïîñðåäñòâîì ñîåäèíèòåëÿ âîëîêíî ïîäêëþ÷àåòñÿ ê ïåðåõîäíûì ðîçåòêàì îïòè÷åñêîé ïàíåëè, ðèñ. 3.21 á.  ýòîì ñïîñîáå îáû÷íî ñïëàéñ ïëàñòèíû, â êîòîðûå óêëàäûâàþò ñâàðåííûå âîëîêíà, ðàçìåùàþòñÿ âíóòðè òîé æå ïàíåëè, íà êîòîðîé óñòàíàâëèâàþòñÿ ïåðåõîäíûå ðîçåòêè. Òåðìèíèðîâàíèå ÷åðåç ñâàðêó ñ âîëîêíàìè ñòàíöèîííîãî ÂÎÊ âûïîëíÿåòñÿ íà îïòè÷åñêèõ óçëàõ ñ áîëüøîé êîíöåíòðàöèåé âîëîêîí.  òàêèõ ñëó÷àÿõ ïîä ðàçìåùåíèå ñïëàéñ ïëàñòèí ìîæåò áûòü âûäåëåíî îòäåëüíîå óñòðîéñòâî (ñïëàéñ-ïàíåëü, èëè ñïëàéñ-øêàô). Âîëîêíà ëèíåéíîãî ÂÎÊ ñâàðèâàþò ñ âîëîêíàìè ïðèòåðìèíèðîâàííîãî îïòè÷åñêîãî êàáåëÿ äëÿ âíóòðåííåé ïðîêëàäêè (ñòàíöèîííîãî ÂÎÊ), ðèñ. 3.21 â. Äëèíà ñòàíöèîííîãî ÂÎÊ ìîæåò âàðüèðîâàòüñÿ îò íåñêîëüêèõ ìåòðîâ äî íåñêîëüêèõ êèëîìåòðîâ. Îäíî èç ãëàâíûõ òðåáîâàíèé, êîòîðîå ïðåäúÿâëÿåòñÿ ê ñòàíöèîííîìó ÂÎÊ, – ýòî îòñóòñòâèå ãàëîãåíîñîäåðæàùèõ ñîåäèíåíèé â ñîñòàâå îáîëî÷êè êàáåëÿ. Соединитель Оптический шнур или оконцованный станционный ВОК
Линейный ВОК
а)
Распределительная панель
Места сварки
б)
Оптический трансивер
Переходные розетки
Pig-tail
Сплайс-пластина Распределительная панель, совмещенная со сплайсами Станционный ВОК
в)
Сплайс-панель
Притерминированная распределительная панель
Ðèñ. 3.21. Ñïîñîáû òåðìèíèðîâàíèÿ âîëîêîí: à) íåïîñðåäñòâåííîå òåðìèíèðîâàíèå; á) òåðìèíèðîâàíèå ÷åðåç ñâàðêó ñ pig-tail-àìè; â) òåðìèíèðîâàíèå ÷åðåç ñâàðêó ñ âîëîêíàìè ñòàíöèîííîãî ÂÎÊ
62
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Ïðè ñâàðêå âîëîêîí íå òðåáóåòñÿ íà ìåñòå ìîíòàæà ñòîëü áîëüøîãî íàáîðà èíñòðóìåíòîâ è ìàòåðèàëîâ, êàê ïðè îêîíöåâàíèè. Êðîìå òîãî, ïðîöåññ ñâàðêè îòíèìàåò çíà÷èòåëüíî ìåíüøå âðåìåíè. Ïîýòîìó òåðìèíèðîâàíèå âîëîêîí ÷åðåç ñâàðêó ïîëó÷èëî çíà÷èòåëüíî áîëüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå, ÷åì íåïîñðåäñòâåííîå òåðìèíèðîâàíèå. Ïîñëå âûïîëíåíèÿ òåðìèíèðîâàíèÿ ëèíåéíîãî ÂÎÊ ïðîèçâîäÿò ïîäêëþ÷åíèå ñåòåâîãî îáîðóäîâàíèÿ. Äëÿ ýòîãî ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ îäíîâîëîêîííûå (îäèíî÷íûå), äâóõâîëîêîííûå (äâîéíûå) îïòè÷åñêèå øíóðû èëè îêîíöîâàííûå ñ îáîèõ ñòîðîí ìíîãîâîëîêîííûå ñòàíöèîííûå ÂÎÊ.
Îïòè÷åñêèé óçåë  çäàíèå ìîæåò çàõîäèòü íåñêîëüêî ëèíåéíûõ ÂÎÊ.  ýòîì ñëó÷àå, íàðÿäó ñ çàäà÷åé ïîäêëþ÷åíèÿ ïðèåìî-ïåðåäàþùåãî îáîðóäîâàíèÿ, ìîæåò ñòîÿòü çàäà÷à âíóòðåííåé êîììóòàöèè (êðîññ-êîììóòàöèè) âîëîêîí ëèíåéíûõ ÂÎÊ. Îïòè÷åñêèé óçåë ÿâëÿåòñÿ òåì öåíòðîì, ãäå îñóùåñòâëÿþòñÿ ðàçíîîáðàçíûå ñîïðÿæåíèÿ âîëîêîí âíåøíèõ è âíóòðåííèõ ÂÎÊ. Îñíîâíûå òðåáîâàíèÿ, êîòîðûå ïðåäúÿâëÿþòñÿ ê îïòè÷åñêîìó óçëó, – ýòî åãî íàäåæíîñòü è ãèáêîñòü. Ïî ìàñøòàáó âûïîëíÿåìûõ ôóíêöèé îïòè÷åñêèå óçëû ìîæíî ðàçäåëèòü íà: îïòè÷åñêèå ðàñïðåäåëèòåëüíûå óñòðîéñòâà; îïòè÷åñêèå êðîññîâûå óñòðîéñòâà.
Îïòè÷åñêèå ðàñïðåäåëèòåëüíûå óñòðîéñòâà (ÎÐÓ) ÎÐÓ ìîãóò óñòàíàâëèâàòüñÿ â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà íå òðåáóåòñÿ ñëîæíàÿ êîììóòàöèÿ âîëîêîí, íàïðèìåð íà óäàëåííîì ñåòåâîì óçëå èëè â öåíòðàëüíîì óçëå ñ íåáîëüøîé êîíöåíòðàöèåé âîëîêîí. Êàê ïðàâèëî, ÎÐÓ èñïîëüçóþòñÿ ïðè ïîñòðîåíèè âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ìàãèñòðàëåé ëîêàëüíûõ ñåòåé íà ïðåäïðèÿòèÿõ, èëè ïðè îðãàíèçàöèè óäàëåííîãî óçëà îïòè÷åñêîé òåëåêîììóíèêàöèîííîé ñèñòåìû. Ïî ñïîñîáó òåðìèíèðîâàíèÿ âîëîêîí ÎÐÓ îòíîñÿòñÿ êî âòîðîìó âàðèàíòó – òåðìèíèðîâàíèå ÷åðåç ñâàðêó ñ pig-tail-àìè. Ê êðóïíûì çàðóáåæíûì ïðîèçâîäèòåëÿì ÎÐÓ îòíîñÿòñÿ ADC Telecommunications, AMP, Optronics, Telect, AT&T, ïîÿâëÿþòñÿ ïðîèçâîäèòåëè â Òàéâàíå.  Ðîññèè ÎÐÓ ïîñòàâëÿþòñÿ òàêèìè ôèðìàìè, êàê: "Âèìêîì-Îïòèê", "Ïåðñïåêòèâíûå òåõíîëîãèè", "Òåëåêîì Êîìïëåêò Ñåðâèñ".  êà÷åñòâå ÎÐÓ ìîãóò âûñòóïàòü: îïòè÷åñêèå ðàñïðåäåëèòåëüíûå êîðîáêè, îïòè÷åñêèå ðàñïðåäåëèòåëüíûå ïàíåëè, îïòè÷åñêèå ðàñïðåäåëèòåëüíûå øêàôû. Îïòè÷åñêèå ðàñïðåäåëèòåëüíûå êîðîáêè (ÎÐÊ) ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ êðåïëåíèÿ íà ñòåíó è âûïîëíÿþò ôóíêöèþ òåðìèíèðîâàíèÿ âîëîêîí âíåøíåãî ÂÎÊ òðåáóåìûì òèïîì îïòè÷åñêèõ ñîåäèíèòåëüíûõ ðîçåòîê, ðèñ. 3.22. Ïðè ìîíòàæå ÎÐÊ ïðîèñõîäèò ñâàðêà îïòè÷åñêèõ âîëîêîí ïðåäâàðèòåëüíî ðàçäåëàííîãî âíåøíåãî êàáåëÿ ñ âîëîêíàìè pig-tail-îâ. Ìåñòà ñâàðêè çàùèùàþòñÿ òåðìîóñàæèâàþùèìèñÿ çàùèòíûìè ãèëüçàìè (ñì. ï. 3.2. Ñâàðíîå ñîåäèíåíèå âîëîêîí), êîòîðûå êðåïèòñÿ â ñïåöèàëüíîå ãíåçäî. Pig-tail ñ âíóòðåííåé ñòîðîíû ïîäêëþ÷àåòñÿ ê ïåðåõîäíîé ðîçåòêå, óñòàíîâëåííîé íà áîêîâîé ïàíåëè ÎÐÊ. Èçëèøêè âîëîêîí âíåøíåãî êàáåëÿ è pig-tail-îâ óêëàäûâàþòñÿ â ñïëàéñ ïëàñòèíó(û). Pig-tail-û çàãîòàâëèâàþòñÿ çàðàíåå ñ òèïîì êîííåêòîðà, ñîîòâåòñòâóþùèì òèïó ïåðåõîäíûõ ðîçåòîê. 6
7
8
9 10 11
5
4
3 2
Îáîçíà÷åíèÿ: 1 – âíåøíèé ÂÎÊ; 2 – ãåðìîââîä äëÿ êðåïëåíèÿ êàáåëÿ; 3 – ðàçäåëàííûå âîëîêíà âíåøíåãî ÂÎÊ; 4 – êîðïóñ êîðîáêè; 5 – ñïëàéñ-ïëàñòèíà; 6 – ÊÄÇÑ; 7 – ìåñòî ñâàðêè; 8 – âèíò äëÿ êðåïëåíèÿ íà ñòåíó; 9 – âîëîêíî pig-tail-à; 10 – êîííåêòîð pig-tail-à; 11 – îïòè÷åñêàÿ ïåðåõîäíàÿ ðîçåòêà
1
Ðèñ. 3.22. Ñõåìà ðàçäåëêè îïòè÷åñêèõ âîëîêîí âíóòðè ÎÐÊ
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
63
Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûìè òèïàìè ðîçåòîê äëÿ ìíîãîìîäîâîãî âîëîêíà ÿâëÿþòñÿ SC mm è SC mm, à äëÿ îäíîìîäîâîãî âîëîêíà – FC sm, SC sm. Îïòè÷åñêèå ñîåäèíèòåëüíûå øíóðû ïîäêëþ÷àþòñÿ ê ñîåäèíèòåëüíûì ðîçåòêàì ñ íàðóæíîé ñòîðîíû êîðîáêè. Ê íåäîñòàòêàì ÎÐÊ ìîæíî îòíåñòè ñëàáóþ çàùèùåííîñòü îïòè÷åñêèõ øíóðîâ, íåóäîáñòâà íàðàùèâàíèÿ ñèñòåìû, à òàêæå òîò ôàêò, ÷òî íå âñå ÎÐÊ èìåþò âîçìîæíîñòü õðàíåíèÿ èçëèøêîâ îïòè÷åñêèõ øíóðîâ. Ïðåèìóùåñòâà ÎÐÊ – ýòî ïðîñòîòà êîíñòðóêöèè, íåâûñîêàÿ ñòîèìîñòü, îòñóòñòâèå íåîáõîäèìîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ñòîéêè. Íà ðèñ. 3.23 ïîêàçàíû íåêîòîðûå âûïóñêàåìûå ìîäåëè ÎÐÊ.
Ðèñ. 3.23. Íåêîòîðûå âûïóñêàåìûå ìîäåëè ÎÐÊ
Îïòè÷åñêèå ðàñïðåäåëèòåëüíûå ïàíåëè (ÎÐÏ) â îòëè÷èå îò ÎÐÊ êðåïÿòñÿ â ñòîéêó 19″. Ñòîå÷íûé âàðèàíò äàåò áîëüøå ïðåèìóùåñòâ îñîáåííî òîãäà, êîãäà ïðèåìî-ïåðåäàþùåå îáîðóäîâàíèå íàõîäèòñÿ â òîé æå ñòîéêå. Çäåñü óïðîùàåòñÿ ïîäêëþ÷åíèå îïòè÷åñêèõ øíóðîâ. Êîíöåíòðàöèÿ îáîðóäîâàíèÿ â îäíîé ñòîéêå ïîâûøàåò íàäåæíîñòü ñèñòåìû è îáëåã÷àåò îáñëóæèâàíèå. Íà ðèñ. 3.24 ïîêàçàíû ïðèìåðû ÎÐÏ. Íà ðèñ. 3.24 à ïîêàçàíà ïàíåëü äëÿ òåðìèíèðîâàíèÿ, ñîâìåùåííàÿ ñî ñïëàéñ-ìîäóëåì. Òàêàÿ ïàíåëü â êîëè÷åñòâå îäíîé èëè íåñêîëüêèõ øòóê ìîæåò óñòàíàâëèâàòüñÿ íà íåáîëüøèõ êîììóòàöèîííûõ óçëàõ. Íà ðèñ. 3.24 á ïîêàçàíà ïàíåëü, ïðåäíàçíà÷åííàÿ äëÿ íåïîñðåäñòâåííîãî òåðìèíèðîâàíèÿ. Ñïëàéñ-áîêñ, îò êîòîðîãî èäåò ñòàíöèîííûé êàáåëü ê ýòîé ïàíåëè, ìîæåò íàõîäèòüñÿ â äðóãîé ÷àñòè òîé æå ñòîéêè-ñåêöèè èëè â äðóãîì ïîìåùåíèè. Ýòà ïàíåëü ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ íà êðóïíûõ êîììóòàöèîííûõ óçëàõ.
à)
á)
Ðèñ. 3.24. Âíåøíèé âèä îïòè÷åñêèõ ðàñïðåäåëèòåëüíûõ ïàíåëåé: à) 24-ïîçèöèîííàÿ ïàíåëü äëÿ òåðìèíèðîâàíèÿ ñ ñîâìåùåííûì ñïëàéñ-ìîäóëåì è âåðòèêàëüíûì êàáåëåâîäîì; á) 72-ïîçèöèîííàÿ ïàíåëü, ïðåäíàçíà÷åííàÿ äëÿ íåïîñðåäñòâåííîãî òåðìèíèðîâàíèÿ
64
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Îïòè÷åñêèå ðàñïðåäåëèòåëüíûå ïàíåëè ñ ïðèòåðìèíèðîâàííûì ÂÎÊ èçãîòàâëèâàþòñÿ â çàâîäñêèõ óñëîâèÿõ è ïîñòàâëÿþòñÿ âìåñòå ñ êàòóøêîé îïòè÷åñêîãî êàáåëÿ, ðèñ. 3.25. Äîïóñêàåòñÿ êàê ñòàíäàðòíîå èñïîëíåíèå, êîãäà ÎÐÏ êðåïèòñÿ â ñòîéêó äî òîãî, êàê íà÷èíàåò ðàçìàòûâàòüñÿ êàáåëü, òàê è ìîäèôèöèðîâàííîå èñïîëíåíèå, êîãäà ÎÐÏ îñòàåòñÿ ïðèêðåïëåííîé ê êàòóøêå è âðàùàåòñÿ âìåñòå ñ êàòóøêîé ïî ìåðå ðàçìàòûâàíèÿ êàáåëÿ.  ìîäèôèöèðîâàííîì âàðèàíòå ÎÐÏ ìîæíî îòäåëèòü îò êàòóøêè è óñòàíîâèòü â ñòîéêó, òîëüêî ïîñëå òîãî, êàê âåñü êàáåëü ðàçìîòàí. Ìîäèôèöèðîâàííûé âàðèàíò õîðîøî ïîäõîäèò â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà êàáåëü ïðèõîäèòñÿ ïðîòÿãèâàòü ÷åðåç óçêèå îòâåðñòèÿ. Çíàÿ ðàññòîÿíèå äî ñïëàéñ óçëà, ìîæíî â çàêàçå ïðèòåðìèíèðîâàííîé ÎÐÏ óêàçûâàòü ñîîòâåòñòâóþùóþ äëèíó êàáåëÿ. Òàêæå ïðè îôîðìëåíèè çàêàçà ìîæíî çàäàòü òðåáóåìûé ñòàíäàðò ñîåäèíèòåëåé è ðîçåòîê, à òàêæå âûáðàòü ïîäõîäÿùåå êîëè÷åñòâî âîëîêîí, è òèï ÂÎÊ.
Ðèñ. 3.25. Âíåøíèé âèä îïòè÷åñêîé ðàñïðåäåëèòåëüíîé ïàíåëè ñ ïðèòåðìèíèðîâàííûì ÂÎÊ
Îïòè÷åñêèå ðàñïðåäåëèòåëüíûå øêàôû (ÎÐØ) ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ òåðìèíèðîâàíèÿ âîëîêîí îäíîãî èëè íåñêîëüêèõ âíåøíèõ îïòè÷åñêèõ êàáåëåé. Øêàôû âûïóñêàþòñÿ êàê äëÿ óñòàíîâêè íà ïîë, òàê è êðåïÿùèåñÿ íà ñòåíó. ÎÐØ îòëè÷àþòñÿ îò ÎÐÊ áóëüøèìè ðàçìåðàìè è çíà÷èòåëüíî áîëüøåé åìêîñòüþ âîëîêîí. ÎÐØ îñíàùàþòñÿ äâåðöåé è ìîãóò çàêðûâàòüñÿ íà êëþ÷. Ïðèâåäåì òåõíè÷åñêèå ïàðàìåòðû ÎÐØ òèïà SFET, ïðîèçâîäñòâà ôèðìû ADC Telecommunications [23]. Ðàçìåðû (âûñîòà x øèðèíà x ãëóáèíà), ñì Ìàññà, êã ×èñëî ãåðìîââîäîâ ñâåðõó/ñíèçó, øò Ìàêñèìàëüíîå ÷èñëî òåðìèíèðîâàíèé, øò Ñòàíäàðòû ðîçåòîê (äîïóñêàåòñÿ ñìåøàííîå èñïîëüçîâàíèå)
91,4 x 81,3 x 33,2 11,3 14 (7+7) / 14 (7+7) 144 SC, FC, ST, D4
Øêàô SFET íàñòåííîãî êðåïëåíèÿ ïðåäíàçíà÷åí äëÿ îðãàíèçàöèè òåðìèíèðîâàíèÿ ÂÎÊ ñ âîçìîæíîñòüþ êðîññ-êîííåêòíûõ è èíòåðêîííåêòíûõ ñîåäèíåíèé. Øêàô ìîæåò ñëóæèòü äåìàðêàöèîííûì óçëîì ìåæäó ëèíåéíûìè è ñòàíöèîííûìè ÂÎÊ.
Îïòè÷åñêèå êðîññîâûå óñòðîéñòâà (ÎÊÓ) Ïðè ïîñòðîåíèè îïòè÷åñêèõ óçëîâ ñ áîëüøèì êîëè÷åñòâîì âîëîêîí îò ïðèõîäÿùèõ ëèíåéíûõ ÂÎÊ (>100) ýôôåêòèâíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ îïòè÷åñêèõ ðàñïðåäåëèòåëüíûõ óñòðîéñòâ ñíèæàåòñÿ. Äëÿ ýòîé öåëè íà÷èíàþò ëó÷øå ïîäõîäèòü ñïåöèàëèçèðîâàííûå êðîññîâûå óñòðîéñòâà, â êîòîðûõ çàäà÷à êîììóòàöèè âîëîêîí âûõîäèò íà ïåðâûé ïëàí ïðè ñîõðàíåíèè çàäà÷è ðàñïðåäåëåíèÿ âîëîêîí. Îíè ðàçëè÷àþòñÿ åìêîñòüþ è ïîäðàçäåëÿþòñÿ íà: îïòè÷åñêèå êðîññû ñðåäíåé ïëîòíîñòè – (âíåøíèõ âîëîêîí 120-500) è îïòè÷åñêèå êðîññû âûñîêîé (ñâåðõâûñîêîé) ïëîòíîñòè – (âíåøíèõ âîëîêîí >500). Êîíöåïöèè îïòè÷åñêèõ êðîññîâ ïîäðîáíåé îïèñàíû â ñëåäóþùåì ïàðàãðàôå.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
65
 òàáë. 3.10 ïðèâîäèòñÿ êëàññèôèêàöèÿ îïòè÷åñêèõ ðàñïðåäåëèòåëüíûõ è êîììóòàöèîííûõ óçëîâ.
Òàáëèöà 3.10. Ïðèìåíåíèå ðàçëè÷íûõ òèïîâ îïòè÷åñêèõ ðàñïðåäåëèòåëüíûõ è êîììóòàöèîííûõ óñòðîéñòâ Îïòè÷åñêèå óñòðîéñòâà 0÷8
8 ÷ 16
16 ÷ 32
ÓÓ
ÓÓ, ÖÓ
–
–
–
–
ÓÓ
ÓÓ, ÖÓ
ÖÓ
ÖÓ
–
–
ðàñïðåäåëèòåëüíûé øêàô
–
ÓÓ, ÖÓ
ÖÓ
ÖÓ
–
–
êðîññ
–
–
–
ÖÓ
ÖÓ
–
êðîññ âûñîêîé ïëîòíîñòè
–
–
–
–
ÖÓ
ÖÓ
ðàñïðåäåëèòåëüíàÿ êîðîáêà ÎÐÓ ðàñïðåäåëèòåëüíàÿ ïàíåëü
ÎÊÓ
×èñëî âõîäÿùèõ âîëîêîí îò âíåøíèõ ÂÎÊ 32 ÷ 120 120 ÷ 500
>500
Îáîçíà÷åíèÿ: ÎÐÓ – îïòè÷åñêîå ðàñïðåäåëèòåëüíîå óñòðîéñòâî; ÎÊÓ – îïòè÷åñêîå êðîññîâîå óñòðîéñòâî; ÓÓ – óäàëåííûé óçåë; ÖÓ – öåíòðàëüíûé óçåë
Ïðîèçâîäèòåëè îïòè÷åñêîãî ðàñïðåäåëèòåëüíîãî è êðîññîâîãî îáîðóäîâàíèÿ  ÷èñëî êðóïíûõ ìèðîâûõ ïðîèçâîäèòåëåé îïòè÷åñêîãî ðàñïðåäåëèòåëüíîãî è êîììóòàöèîííîãî îáîðóäîâàíèÿ âõîäÿò êîìïàíèè: 3M; ADC Telecommunications; Lucent Technologies; Molex; Nortel; Reltec; Siecor; Telect. Îïòè÷åñêèå êðîññîâûå óñòðîéñòâà ãëàâíûì îáðàçîì ïðèìåíÿþòñÿ äëÿ îðãàíèçàöèè öåíòðàëüíûõ îïòè÷åñêèõ óçëîâ ñ áîëüøîé êîíöåíòðàöèåé âîëîêîí. Ê òàêèì óçëàì îòíîñÿòñÿ öåíòðû òåëåôîííîé êîììóòàöèè, öåíòðû êîììóòàöèè ìàãèñòðàëåé SDH/ATM. À çàêàç÷èêàìè ìîãóò áûòü êàê òåëåôîííûå êîìïàíèè, òàê è êðóïíûå îïåðàòîðû ñâÿçè.  ñèëó ñâîåãî ìàñøòàáà ÎÊÓ íåñóò çíà÷èòåëüíî áîëüøóþ íàãðóçêó, ÷åì ÎÐÓ. Ñåãîäíÿ ñòðåìèòåëüíîìó ðîñòó ïðèìåíåíèÿ îïòè÷åñêèõ êðîññîâûõ óñòðîéñòâ ñïîñîáñòâóþò òàêèå òåëåêîììóíèêàöèîííûå êîíöåïöèè, êàê "âîëîêíî â êàæäûé äîì" è "all-optical networks".
Èíòåðêîííåêò è êðîññ-êîííåêò ÎÊÓ ìîãóò áûòü ðàçðàáîòàíû è óñòàíîâëåíû â ðàñ÷åòå íà: èíòåðêîííåêòíîå (interconnect) è êðîññ-êîííåêòíîå ïîäêëþ÷åíèå (cross-connect). Ïðè èíòåðêîííåêòíîì ïîäêëþ÷åíèè (ÈÊÏ) âîëîêíà âñåõ âíåøíèõ ÂÎÊ òåðìèíèðóþòñÿ è ïîäêëþ÷àþòñÿ ê ïåðåõîäíûì ðîçåòêàì îïòè÷åñêèõ ìîäóëåé ñ çàäíåé ñòîðîíû óñòðîéñòâà, îïòè÷åñêèå øíóðû, èäóùèå îò ñåòåâîãî îáîðóäîâàíèÿ, ïîäêëþ÷àþòñÿ ñ ïåðåäíåé ñòîðîíû, ðèñ. 3.26 à. Îïòè÷åñêèå ðàñïðåäåëèòåëüíûå óñòðîéñòâà, ðàññìîòðåííûå â ïðåäûäóùåì ïàðàãðàôå, îáåñïå÷èâàþò èíòåðêîííåêòíîå ïîäêëþ÷åíèå. Ìíîãèå îïòè÷åñêèå óçëû ñòðîÿòñÿ íà îñíîâå ÈÊÏ.  îòíîñèòåëüíî íåáîëüøèõ óçëàõ ÈÊÏ ïðîäîëæàåò èñïîëüçîâàòüñÿ òîãäà, êîãäà êðèòè÷íîñòü â áåçîòêàçíîé ðàáîòå óçëà íå î÷åíü âåëèêà è íèçêà ïîòðåáíîñòü â ðåêîíôèãóðàöèÿõ. Îäíàêî, ïî ìåðå ðàçâèòèÿ óçëà, îñîáåííî ïðè äîñòèæåíèè âûñîêîé êîíöåíòðàöèè ïðèõîäÿùèõ âîëîêîí, à òàêæå ïî ìåðå âîçðàñòàíèÿ òðåáîâàíèé ïî ýêñïëóàòàöèè óçëà, èíòåðêîííåêòíîå ïîäêëþ÷åíèå ìîæåò îêàçàòüñÿ äàëåêî íå ñàìûì ýôôåêòèâíûì. Êðóïíûé îïòè÷åñêèé óçåë îáû÷íî èñïûòûâàåò ðàçâèòèå, õàðàêòåðèçóåòñÿ ðåãóëÿðíûìè ïðîöåäóðàìè òåñòèðîâàíèÿ ðàçëè÷íûõ âîëîêîí, íåïðåðûâíîãî ìîíèòîðèíãà, ïîäñòðàèâàåòñÿ ïîä íîâûå ïðèëîæåíèÿ. Êðîìå ýòîãî, îí äîëæåí îòâå÷àòü òðåáîâàíèÿì âûñîêîé íàäåæíîñòè è áûñòðîãî îáíàðóæåíèÿ è óñòðàíåíèÿ ïîâðåæäåíèé. Âñåì ýòèì òðåáîâàíèÿì óäîâëåòâîðÿþò îïòè÷åñêèå óçëû, âûïîëíåííûå íà îñíîâå êðîññ-êîííåêòíîãî ïîäêëþ÷åíèÿ, êàêîâûìè è ÿâëÿþòñÿ îïòè÷åñêèå êðîññîâûå óñòðîéñòâà. Ïðè êðîññ-êîííåêòíîì ïîäêëþ÷åíèè (ÊÊÏ), ñâîéñòâåííîì êðîññîâûì óñòðîéñòâàì, âîëîêíà âñåõ âíåøíèõ è âíóòðåííèõ ÂÎÊ, à òàêæå âñåâîçìîæíûå îïòè÷åñêèå øíóðû è òåðìèíèðîâàííûå ñòàíöèîííûå ÂÎÊ, èäóùèå îò ñåòåâîãî îáîðóäîâàíèÿ, ïîäêëþ÷àþòñÿ ê ïåðåõîäíûì ðîçåòêàì ñ çàäíåé ñòîðîíû óñòðîéñòâà. Êîììóòàöèÿ (êðîññ-êîììóòàöèÿ) âñåõ ýòèõ îêîí÷àíèé âîëîêîí îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïåðåäíåé ñòîðîíû ïðè ïîìîùè äîïîëíèòåëüíûõ êîììóòàöèîííûõ øíóðîâ, ðèñ. 3.26 á.
66
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Óäîáñòâî è ãèáêîñòü ïðè îáñëóæèâàíèè êðîññ-êîííåêòíûõ ñèñòåì äåëàþò èõ íàèáîëåå ïðèâëåêàòåëüíûìè äëÿ ñëîæíûõ óçëîâ. Êðîññ-êîííåêòíóþ ñèñòåìó ðåêîìåíäóåòñÿ óñòàíàâëèâàòü ïî ñëåäóþùèì ïðè÷èíàì: 1.
êîíôèãóðàöèÿ ñ ÊÊÏ óïðîùàåò íàðàùèâàíèå ñèñòåìû áåç ðèñêà ïîâðåæäåíèÿ âîëîêîí;
2.
ïîäêëþ÷åíèå (èëè òåðìèíèðîâàíèå) ñ çàäíåé ñòîðîíû óñòðîéñòâà ëèíåéíûõ, ñòàíöèîííûõ ÂÎÊ, à òàêæå îïòè÷åñêèõ øíóðîâ îò ïðèåìî-ïåðåäàþùåãî îáîðóäîâàíèÿ ïîâûøàþò èõ çàùèùåííîñòü (ê íèì áîëüøå íå íóæíî ïðèêàñàòüñÿ, à ìîæíî îïåðèðîâàòü òîëüêî ñ êîììóòàöèîííûìè îïòè÷åñêèìè øíóðàìè);
3.
êðîññ-êîííåêòíîå ïîëå óïðîùàåò îïåðàöèè â àâàðèéíûõ è íåïðåäâèäåííûõ ñèòóàöèÿõ.
вид сверху Внешний ВОК
Оптический шнур к сетевому оборудованию
а) Интерконнектное подключение вид сверху Внешний ВОК Оптический шнур к сетевому оборудованию
Коммутационный оптический шнур Кроссовое поле
б) Кросс-коннектное подключение Ðèñ. 3.26. Èíòåðêîííåêòíàÿ è êðîññ-êîííåêòíàÿ ñèñòåìû
Ïðèíöèïû ïîñòðîåíèÿ îïòè÷åñêîãî êðîññîâîãî óñòðîéñòâà ÎÊÓ, ïî ñâîåé ïðèðîäå îðèåíòèðîâàííûå íà êðîññ-êîííåêòíîå ïîäêëþ÷åíèå, ìîãóò ñòðîèòüñÿ êàê ñ íóëÿ, íà÷èíàÿ ñ îäíîé èëè íåñêîëüêèõ ñòîåê, òàê è ïîñðåäñòâîì ìîäåðíèçàöèè óçëà, íà êîòîðîì ðàíåå óæå èñïîëüçîâàëèñü îïòè÷åñêèå ðàñïðåäåëèòåëüíûå ïàíåëè ñ èíòåðêîííåêòíûì ïîäêëþ÷åíèåì. Ïðè ñòðîèòåëüñòâå ñ íóëÿ â ñòîéêó êðåïÿòñÿ îïòè÷åñêèå ðàñïðåäåëèòåëüíûå ïàíåëè, ê êîòîðûì ñ çàäíåé ñòîðîíû ïîäêëþ÷àþòñÿ îêîíöîâàííûå âîëîêíà ëèíåéíûõ è ñòàíöèîííûõ ÂÎÊ. Äîïóñêàþòñÿ ïàíåëè ñ ïðèòåðìèíèðîâàííûì ÂÎÊ. Ìîäåðíèçàöèÿ âûïîëíÿåòñÿ â òðè ýòàïà, Íà ïåðâîì ýòàïå äîáàâëÿþòñÿ ïàíåëè ñ ïåðåõîäíûìè ðîçåòêàìè, òåì ñàìûì ñîçäàåòñÿ íåîáõîäèìîå êðîññîâîå ïîëå. Íà âòîðîì ýòàïå âûïîëíÿåòñÿ ïåðåïîäêëþ÷åíèå îïòè÷åñêèõ øíóðîâ, èäóùèõ îò ïðèåìî-ïåðåäàþùåãî îáîðóäîâàíèÿ, ñ ïåðåäíåé ñòîðîíû íà çàäíþþ ñòîðîíó ê âíîâü óñòàíîâëåííûì ðîçåòêàì. Íà òðåòüåì ýòàïå âûïîëíÿåòñÿ ïîäêëþ÷åíèå íà êðîññîâîì ïîëå äîïîëíèòåëüíûõ îïòè÷åñêèõ øíóðîâ, è, òåì ñàìûì, âîññîçäàþòñÿ íåïðåðûâíûå îïòè÷åñêèå êàíàëû ñâÿçè. Ñïëàéñ-áîêñû ìîãóò ðàçìåùàòüñÿ â ýòèõ æå ñòîéêàõ, èëè ïðè áîëüøîé êîíöåíòðàöèè âîëîêîí çàíèìàòü îòäåëüíûé ñïëàéñ ìîäóëü, ðèñ. 3.27.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
67
Оптический трансивер
Линейный ВОК Сплайс-панель
Pig-tail или станционный ВОК
Оптический кросс
Оптический соединительный шнур или станционный ВОК Оптический соединительный шнур
Ðèñ. 3.27. Îáùàÿ ñõåìà ïîäêëþ÷åíèÿ ïðèåìî-ïåðåäàþùåãî îáîðóäîâàíèÿ
ÎÊÓ ìîãóò óêîìïëåêòîâûâàòüñÿ èëè íàðàùèâàòüñÿ îïòè÷åñêèìè ìîäóëÿìè ïî ìåðå íåîáõîäèìîñòè. Ìîäóëüíàÿ ñèñòåìà çàùèùàåò çàêàç÷èêà îò áîëüøèõ êàïèòàëîâëîæåíèé íà ðàííåé ñòàäèè ðàçâèòèÿ.
Îáñëóæèâàíèå ÎÊÓ Îñíîâíûå ýëåìåíòû îáñëóæèâàíèÿ ÎÊÓ ñëåäóþùèå: çàãîòîâêà, õðàíåíèå è äîáàâëåíèå îïòè÷åñêèõ øíóðîâ; ëîãèñòèêà; íåïðåðûâíûé ìîíèòîðèíã ëèíèé ñâÿçè; âåäåíèå ýëåêòðîííîé áàçû äàííûõ. Çàãîòîâêà, õðàíåíèå è äîáàâëåíèå îïòè÷åñêèõ øíóðîâ. Äëÿ ÎÊÓ òèïè÷íî, ÷òî âñå ïîñòîÿííûå ïîäêëþ÷åíèÿ ïîäõîäÿò ñçàäè, à âñå ïåðåïîäêëþ÷åíèÿ ïðîèñõîäÿò ñïåðåäè. Ýòî î÷åíü óäîáíî äëÿ îáñëóæèâàþùåãî ïåðñîíàëà, êîòîðîìó íóæíî òîëüêî èìåòü îïðåäåëåííîå êîëè÷åñòâî îïòè÷åñêèõ øíóðîâ íóæíîé äëèíû. Îòìåòèì, ÷òî ïðè çàãîòîâêå îïòè÷åñêîãî øíóðà ñëåäóåò áðàòü åãî äëèíó íå ìåíüøå 5 ì. Ïðè òàêîé äëèíå íà ðåôëåêòîãðàììå ìîæíî ðàçðåøèòü äâà ñêà÷êà îò òî÷åê òåðìèíèðîâàíèÿ, è, òåì ñàìûì, èäåíòèôèöèðîâàòü îáå ïàíåëè, ê êîòîðûì ïîäêëþ÷åí îïòè÷åñêèé øíóð. Äëÿ êðóïíûõ ìíîãîñåêöèîííûõ êðîññîâ äëèíà êîììóòàöèîííûõ îïòè÷åñêèõ øíóðîâ ìîæåò áûòü åùå áîëüøå. Ïðè ïîäêëþ÷åíèè îïòè÷åñêîãî øíóðà ñëåäóåò âûïîëíèòü ïîñëåäîâàòåëüíîñòü äåéñòâèé, ïîêàçàííûõ íà ðèñ. 3.28. Øàã 1. Ïîäêëþ÷àåòñÿ îäèí êîíåö îïòè÷åñêîãî øíóðà ê ñîîòâåòñòâóþùåé ïåðåõîäíîé ðîçåòêå (ñåêöèÿ 1). Øàã 2. Ïðîâîäèòñÿ îïòè÷åñêèé øíóð âíèç ÷åðåç âåðòèêàëüíóþ êàáåëåâîäíóþ ñèñòåìó íà ñåêöèè 1. Øàã 3. Ïðîâîäèòñÿ îïòè÷åñêèé øíóð ÷åðåç íèæíþþ êàáåëåâîäíóþ ñèñòåìó ê ïðîìåæóòî÷íîé ïàíåëè áàðàáàíîâ. Øàã 4. Ïîäêëþ÷àåòñÿ âòîðîé êîíåö îïòè÷åñêîãî øíóðà ê ñîîòâåòñòâóþùåé ïåðåõîäíîé ðîçåòêå (ñåêöèÿ 3). Øàã 5. Ïðîâîäèòñÿ îïòè÷åñêèé øíóð âíèç ÷åðåç âåðòèêàëüíóþ êàáåëåâîäíóþ ñèñòåìó íà ñåêöèè 3. Øàã 6. Íàáðàñûâàåòñÿ ïåòëÿ íà ñîîòâåòñòâóþùèé áàðàáàí ïðîìåæóòî÷íîé ïàíåëè áàðàáàíîâ. Øàã 7. Ïðîâîäèòñÿ îïòè÷åñêèé øíóð âíèç ÷åðåç âåðòèêàëüíûå êàáåëåâîäíûå ñèñòåìû, ðàñïîëîæåííûå ïî îáåèì ñòîðîíàì îò ïðîìåæóòî÷íîé ïàíåëè áàðàáàíîâ (ñåêöèè 2, 3). Ïîä ëîãèñòèêîé (logistics) ïîíèìàåòñÿ âåäåíèå æóðíàëà ïî îáñëóæèâàíèþ êðîññà, çàíåñåíèå èíôîðìàöèè î ïðîôèëàêòè÷åñêèõ ðàáîòàõ, óñòàíîâêà ÿðëûêîâ (ýòèêåòîê) íà îïòè÷åñêèå øíóðû, íà êðûøêàõ îïòè÷åñêèõ ïàíåëåé ñ èíôîðìàöèåé î êàíàëàõ ïîäêëþ÷åíèÿ è ò.ï. ×òîáû èäåíòèôèöèðîâàòü ïîäêëþ÷åíèå, äîñòàòî÷íî òîëüêî èäåíòèôèöèðîâàòü îïòè÷åñêèé êîììóòàöèîííûé øíóð – îò êàêîé ðîçåòêè íà îäíîé ïàíåëè ê êàêîé ðîçåòêå íà äðóãîé ïàíåëè îí èäåò. Íåïðåðûâíûé ìîíèòîðèíã ëèíèé ñâÿçè – ïðåäïîëàãàåò èñïîëüçîâàíèå îïòè÷åñêèõ ðåôëåêòîìåòðîâ. Íåïðåðûâíûé ìîíèòîðèíã ìîæåò îñóùåñòâëÿòüñÿ ïî ñâîáîäíûì âîëîêíàì ëèíåéíîãî ÂÎÊ èëè ïî çàäåéñòâîâàííûì âîëîêíàì íà äëèíå âîëíû, îòëè÷íîé îò òîé, ïî êîòîðîé ïåðåäàþòñÿ äàííûå.  ïîñëåäíåì ñëó÷àå òðåáóåòñÿ àïïàðàòóðà âîëíîâîãî óïëîòíåíèÿ. Åñëè íà óçåë ñõîäèòñÿ áîëüøîå êîëè÷åñòâî ëèíåéíûõ ÂÎÊ, òî ðåôëåêòîìåòð ìîæåò ðàáîòàòü ñîâìåñòíî ñ ýëåêòðîííûì îïòè÷åñêèì óñòðîéñòâîì êîììóòàöèè âîëîêîí. Îïòè÷åñêèå ðåôëåêòîìåòðû è êîììóòàöèîííûå óñòðîéñòâà ìîãóò áûòü óñòàíîâëåíû íà íåñêîëüêèõ óçëàõ, à óäàëåí-
68
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
íîå óïðàâëåíèå íàä íèìè ïîçâîëÿåò ðåàëèçîâàòü åäèíûé ìîíèòîðèíã âñåé ñåòè èç öåíòðàëüíîãî îïòè÷åñêîãî óçëà.
Секция 1
Секция 2
Секция 3
8
8
8
7
7
7
6
6
6
5
5
4
4
5
шаг 1
шаг 6
4 3
шаг 7
3
2
2
1
1
шаг 2
шаг 4
3 2
шаг 5
1
шаг 3 Ðèñ. 3.28. Ïîðÿäîê ïîäêëþ÷åíèÿ îïòè÷åñêîãî êîììóòàöèîííîãî øíóðà
Âåäåíèå ýëåêòðîííîé áàçû äàííûõ ñòàëî íåîòúåìëåìîé ÷åðòîé àäìèíèñòðèðîâàíèÿ è îáñëóæèâàíèÿ êàê êðóïíûõ îïòè÷åñêèõ êðîññîâ, òàê è öåëîé ðàñïðåäåëåííîé ìàãèñòðàëüíîé âîëîêîííî-îïòè÷åñêîé ñåòè. Ê ÷èñëó íàèáîëåå ïðîäâèíóòûõ ïðîäóêòîâ ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ îòíîñÿòñÿ FiberBaseTM ôèðìû ADC Telecommunications [24] è OSP InSight ôèðìû Advanced Fiber Optics [25].
Îïòè÷åñêèå êðîññû âûñîêîé è ñâåðõâûñîêîé ïëîòíîñòè Áåñïðåöåäåíòíîå ðàçâèòèå òåëåêîììóíèêàöèîííîé èíäóñòðèè âî ìíîãîì îáóñëîâëåíî ìàñøòàáíûì ðàçâåðòûâàíèåì âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ñèñòåì â ïîñëåäíèå íåñêîëüêî ëåò. Êàê ðåçóëüòàò, ìíîãèå êîìïàíèè îïåðàòîðû ñâÿçè îáíàðóæèâàþò, ÷òî èõ ñóùåñòâóþùåå îïòè÷åñêèå óçëû áëèçêè ê ïåðåïîëíåíèþ èç-çà ðàñòóùåé êàáåëüíîé ìàññû. Âîçíèêàåò âîïðîñ, êàê ëó÷øå ðåøèòü çàäà÷ó íàðàùèâàíèÿ?  òàáë. 3.11 ïðèâåäåíû îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè äâóõ ïðîäóêòîâ ôèðìû ADC Telecommunications – ëèäåðà â îáëàñòè ïðîèçâîäñòâà îïòè÷åñêèõ êðîññîâ: îïòè÷åñêîãî ðàñïðåäåëèòåëüíîãî êðîññà F3DF, îïòè÷åñêîãî ðàñïðåäåëèòåëüíîãî êðîññà ñâåðõâûñîêîé ïëîòíîñòè FMDF.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
69
Òàáëèöà 3.11. Õàðàêòåðèñòèêè îïòè÷åñêèõ ðàñïðåäåëèòåëüíûõ êðîññîâ ïðîèçâîäñòâà ADC [26, 27] Õàðàêòåðèñòèêè
ÎÐÊ âûñîêîé ïëîòíîñòè F3DF ÎÐÊ ñâåðõâûñîêîé ïëîòíîñòè FMDF
H x W x D (ñì3)
214 x 58 /77* (ñ âåðòèêàëüíûì êàáåëåâîäîì) x 30
214 x 66 x 61
Ïîääåðæèâàåìûå òèïû ðàçúåìîâ
SC, Angled SC, FC, Angled FC. D4, ST, Duplex SC, MIC (FDDI)
SC, Angled SC, FC, Angled FC
576** (8 ìîäóëåé x 72 òåðìèí./ìîäóëü)
864 (12 FTB*** áëîêîâ x 72 òåðìèí./áëîê)
×èñëî òåðìèíèðîâàíèé â ñåêöèîííîì èñïîëíåíèè
1728
2592
Ìàêñèìàëüíîå ðåêîìåíäîâàííîå ÷èñëî ñåêöèé â ðÿä
8
60
Ìàêñèìàëüíîå ÷èñëî òåðìèíèðîâàíèé íà ñåêöèþ
1x2, 1x3, 1x4, 1x5, 1x6, Ïîääåðæêà âñòðàèâàíèÿ (ñîåäèíèòåëè SC PC, FC PC, îïòè÷åñêèõ ðàçâåòâèòåëåé SC, 80 Angled SC, FC, 80 Angled (ìîäóëè VAM) FC, ST, 80 Angled ST)
1x2, 1x3, 1x4, 1x5, 1x6 (ñîåäèíèòåëè SC PC, FC PC, SC, 80 Angled SC, FC, 80 Angled FC)
* – Øèðèíà ñòîéêè 58 ñì áåç ó÷åòà âåðòèêàëüíîãî êàáåëåâîäà è 77 ñì ñ ó÷åòîì. ** – Ýòî ÷èñëî ïðåäïîëàãàåò, ÷òî âñå ïðîñòðàíñòâî âûäåëåíî ïîä ðàñïðåäåëèòåëüíûå ìîäóëè, íà ïðàêòèêå ÷àñòü ìåñòà (èëè îòäåëüíûå ñåêöèè öåëèêîì) çàíèìàþò ñïëàéñ ìîäóëè. *** – Áëîê FTB (fiber terminal bloc) ìîæåò ïîñòàâëÿòüñÿ ñ ïðèòåðìèíèðîâàííûì ñòàíöèîííûì êàáåëåì.
Âûäåëèì îäíî èç ãëàâíûõ ïðåèìóùåñòâ FMDF ïåðåä F3DF – ðåêîðäíî áîëüøîå (60 ïðîòèâ 8) ÷èñëî ñåêöèé. Îãðàíè÷åíèå ÷èñëà ñåêöèé â êðîññîâûõ ñèñòåìàõ F3DF ñâÿçàíî, ãëàâíûì îáðàçîì, ñ ðåçêèì óâåëè÷åíèåì êîëè÷åñòâà ëèíåéíûõ ñîåäèíèòåëüíûõ øíóðîâ.  èòîãå, ïðè 8-ìè ñåêöèÿõ ñëîé øíóðîâ (ìèíèêàáåëÿ) â íèæíåì ãîðèçîíòàëüíîì êàáåëåâîäå íà÷èíàåò ïðåâûøàòü 5 ñì.  êðîññàõ FMDF ýòà ïðîáëåìà ñíèìàåòñÿ, ïîñêîëüêó ñóùåñòâóåò 6 ïàðàëëåëüíûõ ãîðèçîíòàëüíûõ êàáåëåâîäíûõ ñèñòåì, ðàñïîëîæåííûõ íà ðàçíîé âûñîòå.
Ðèñ. 3.29. Âíåøíèé âèä ñåêöèè ñèñòåìû ñâåðõâûñîêîé ïëîòíîñòè FMDF è îäíîãî òåðìèíàëüíîãî áëîêà FTB íà 72 ïîçèöèè
70
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Ïðèìåðû èíñòàëëÿöèè êðîññîâîãî îáîðóäîâàíèÿ Îáùèé âèä îðãàíèçàöèè ñåòåâîãî óçëà ñ èñïîëüçîâàíèåì îïòè÷åñêîãî êðîññîâîãî îáîðóäîâàíèÿ ïîêàçàí íà ðèñ. 3.30.
Ðèñ. 3.30. Îáùàÿ ñõåìà îïòè÷åñêîãî ðàñïðåäåëèòåëüíîãî óçëà êàáåëüíîãî òåëåâèäåíèÿ
Ïðÿìîé ïóòü. Øèðîêîïîëîñíûé òåëåâèçèîííûé ñèãíàë èäåò ïî êîàêñèàëüíîìó êàáåëþ 1, ïîïàäàåò íà îïòè÷åñêèé øèðîêîïîëîñíûé ïåðåäàò÷èê 2, ãäå ïðîèñõîäèò ïðåîáðàçîâàíèå ýëåêòðè÷åñêîãî ñèãíàëà â îïòè÷åñêèé 3. Îïòè÷åñêèé ñèãíàë äàëåå èäåò ïî ñîåäèíèòåëüíîìó øíóðó, ïðîëîæåííîìó â òðàíêîâîé ñèñòåìå, äî îïòè÷åñêîãî êðîññà, ãäå ïîïàäàåò íà âõîä îïòè÷åñêîãî ðàçâåòâèòåëÿ 4. Ê âûõîäàì ðàçâåòâèòåëÿ ïîäêëþ÷àþòñÿ íåñêîëüêî ñîåäèíèòåëüíûõ êðîññîâûõ øíóðîâ, êîòîðûå èäóò íà îïòè÷åñêóþ ðàñïðåäåëèòåëüíóþ ïàíåëü 5. Íà ýòó æå ïàíåëü ñçàäè âûâåäåí ñòàíöèîííûé ÂÎÊ 6, êîòîðûé èäåò â ñïëàéñ-áîêñ 7.  ñïëàéñ-áîêñå âûïîëíåíà ñâàðêà âîëîêîí ñòàíöèîííûõ 6 è ëèíåéíûõ 8 ÂÎÊ. Îáðàòíûé ïóòü. Âèäåîñèãíàëû ñ óäàëåííûõ îïòè÷åñêèõ óçëîâ ïðèõîäÿò íà îïòè÷åñêóþ ðàñïðåäåëèòåëüíóþ ïàíåëü 1. Ñ îïòè÷åñêîé ïàíåëè ÷åðåç îïòè÷åñêèå ñîåäèíèòåëüíûå øíóðû ñèãíàëû ïîïàäàþò íà âõîäû ðàçâåòâèòåëåé äëÿ îáðàòíîãî êàíàëà 2. Âûõîäíîé ñèãíàë ñ ðàçâåòâèòåëÿ èäåò íà îïòè÷åñêèé ïðèåìíèê 3, ãäå ïðåîáðàçîâûâàåòñÿ â øèðîêîïîëîñíûé ýëåêòðè÷åñêèé ñèãíàë.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
71
Ëèòåðàòóðà ê ãëàâå 3 1.
Âîëîêîííî-îïòè÷åñêèå ñèñòåìû ïåðåäà÷è è êàáåëè: Ñïðàâî÷íèê / È. È. Ãðîäíåâ, À.Ã. Ìóðàäÿí, Ð.Ì. Øàðàôóòäèíîâ è äð. – Ì.: Ðàäèî è ñâÿçü, 1993. – 264 c.
2.
ANSI/TIA/EIA-568A. Commercial Building Telecommunications Cabling Standard, October. 1995
3.
Warren Hioki. Telecommunications, 2nd ed., Prentice Hall, 1995. – 501 p.
4.
J. Hecht. Understanding Fiber Optics, Sams Publishing, 1993. – 477 p.
5.
N. Suzuki, "PC Polishing Techniques", Seiko OFC Section Teiln-NR, 1996 (pp.1-4)
6.
M. Vukovic. "Analyze Connector Parameters to Realize High Performance", LIGHTWAVE, July, 1996 (pp. 50-56)
7.
Îïòè÷åñêàÿ êàáåëüíàÿ ïðîäóêöèÿ. Êàòàëîã ôèðìû "Ïåðñïåêòèâíûå Òåõíîëîãèè", Ñàíêò-Ïåòåðáóðã, 1997, http://www.peterlink.ru/ads/pt
8.
Âîëîêîííî-îïòè÷åñêîå îáîðóäîâàíèå è ñåòåâûå ðåøåíèÿ. Ïðîñïåêò ¹ 1-98 ôèðìû "Âèìêîì-Îïòèê", Mîñêâà, 1998, http://www.vimcom.ru
9.
Single Fiber Fusion Splicing, AN103, Corning Inc., 1994.– 15 p.
10.
W.T. Morris. V-Groove and mass splicing send manufacturers 'back to school' to develop fibers that meet the challenges of these technologies, Geometry 101: Studding Fiber's Parameters, Corning Inc., 1998, http://pro.corningfiber.com/library/r152.html
11.
Frameworx - Value-Added Connector Module System, ADC Telecommunications, 891 7/1994. – 28 p.
12.
Fiber Optic Products – Catalog, Amphenol, March, 1998, http://www.amphenol-fiberoptics.com
13.
DiCon Fiberoptics Inc., 1997, http://www.diconfiberoptics.com
14.
FOCI Fiber Optic Communications, Inc., 1996/1997, http://www.foci.com.tw/96catal1.html
15.
Lucent Technologies, 1998, http://www.lucent.com
16.
Active and Passive Fiber Optic Components, Fiber Optic Product Catalog, Molex, 1998, http://www.molex.com/product/fiber/fiber.html
17.
Nortel: Info Center – Complete WDM Component Solutions, Feb, 1997, http://www.nortel.com/home/press/1997a/2_18_9797053WDM.html
18.
WDM cross-connect system, Oki Electric Industry Co., Ltd, 1996, http://bugs.wpi.edu:8080/EE535/hwk96/hwk5cd96/luke/luke.html
19.
FiberPlex, Inc., 1997, http://www.fiberplex.com
20.
Optical Isolator Products, Catalog, Shinkosha Co., Ltd., 1996.
21.
Fiber Optic Products, PLP Product Overview, 1997, http://www.preformed.com/PROD/prod.html
22.
Ïðèíàäëåæíîñòè äëÿ ìîíòàæà âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ êàáåëåé. Êàòàëîã ïðîäóêòîâ ôèðìû NK Cables, 1997. – 55 ñ.
23.
Outside Plant Secure Fiber Entrance Terminal (SFET), ADC Telecommunications, User Manual, 1994, http://www.adc.com
24.
FiberBaseTM Fiber Network Management Software, ADC Telecommunications, 1997, http://www.adc.com/Products/fiberbase/10p-AD.html
25.
OSP InSight, Advance Fiber Optics, 1997, http://www.advancefiber.com/ospmain.html
26.
Fiber Cable Management Products, Second edition, Catalog, ADC Telecommunications, 1996, http://www.adc.com
27.
Fiber Main Distribution Frame, Catalog, ADC Telecommunications, 1996, http://www.adc.com
72
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
4. Ýëåêòðîííûå êîìïîíåíòû ñèñòåì îïòè÷åñêîé ñâÿçè 4.1. Ïåðåäàþùèå îïòîýëåêòðîííûå ìîäóëè Ïåðåäàþùèå îïòîýëåêòðîííûå ìîäóëè (ÏÎÌ), ïðèìåíÿåìûå â âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ñèñòåìàõ, ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ ñèãíàëîâ â îïòè÷åñêèå. Ïîñëåäíèå äîëæíû áûòü ââåäåíû â âîëîêíî ñ ìèíèìàëüíûìè ïîòåðÿìè. Ïðîèçâîäÿòñÿ âåñüìà ðàçíîîáðàçíûå ÏÎÌ, îòëè÷àþùèåñÿ ïî êîíñòðóêöèè, à òàêæå ïî òèïó èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ. Îäíè ðàáîòàþò íà òåëåôîííûõ ñêîðîñòÿõ ñ ìàêñèìàëüíûì ðàññòîÿíèåì äî íåñêîëüêèõ ìåòðîâ, äðóãèå ïåðåäàþò ñîòíè è äàæå òûñÿ÷è ìåãàáèò â ñåêóíäó íà ðàññòîÿíèÿ â íåñêîëüêî äåñÿòêîâ êèëîìåòðîâ.
Òèïû è õàðàêòåðèñòèêè èñòî÷íèêîâ èçëó÷åíèÿ Ãëàâíûì ýëåìåíòîì ÏÎÌ ÿâëÿåòñÿ èñòî÷íèê èçëó÷åíèÿ. Ïåðå÷èñëèì îñíîâíûå òðåáîâàíèÿ, êîòîðûì äîëæåí óäîâëåòâîðÿòü èñòî÷íèê èçëó÷åíèÿ, ïðèìåíÿåìûé â ÂÎËÑ: •
èçëó÷åíèå äîëæíî âåñòèñü íà äëèíå âîëíû îäíîãî èç îêîí ïðîçðà÷íîñòè âîëîêíà.  òðàäèöèîííûõ îïòè÷åñêèõ âîëîêíàõ ñóùåñòâóåò òðè îêíà, â êîòîðûõ äîñòèãàþòñÿ ìåíüøèå ïîòåðè ñâåòà ïðè ðàñïðîñòðàíåíèè: 850, 1300, 1550 íì;
•
èñòî÷íèê èçëó÷åíèÿ äîëæåí âûäåðæèâàòü íåîáõîäèìóþ ÷àñòîòó ìîäóëÿöèè äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè íà òðåáóåìîé ñêîðîñòè;
•
èñòî÷íèê èçëó÷åíèÿ äîëæåí áûòü ýôôåêòèâíûì, â òîì ñìûñëå, ÷òî áîëüøàÿ ÷àñòü èçëó÷åíèÿ èñòî÷íèêà ïîïàäàëà â âîëîêíî ñ ìèíèìàëüíûìè ïîòåðÿìè;
•
èñòî÷íèê èçëó÷åíèÿ äîëæåí èìåòü äîñòàòî÷íî áîëüøóþ ìîùíîñòü, ÷òîáû ñèãíàë ìîæíî áûëî ïåðåäàâàòü íà áîëüøèå ðàññòîÿíèÿ, íî è íå íà ñòîëüêî, ÷òîáû èçëó÷åíèå ïðèâîäèëî ê íåëèíåéíûì ýôôåêòàì èëè ìîãëî ïîâðåäèòü âîëîêíî èëè îïòè÷åñêèé ïðèåìíèê;
•
òåìïåðàòóðíûå âàðèàöèè íå äîëæíû ñêàçûâàòüñÿ íà ôóíêöèîíèðîâàíèè èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ;
•
ñòîèìîñòü ïðîèçâîäñòâà èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ äîëæíà áûòü îòíîñèòåëüíî íåâûñîêîé.
Äâà îñíîâíûõ òèïà èñòî÷íèêîâ èçëó÷åíèÿ, óäîâëåòâîðÿþùèå ïåðå÷èñëåííûì òðåáîâàíèÿì, èñïîëüçóþòñÿ â íàñòîÿùåå âðåìÿ – ñâåòîäèîäû (LED) è ïîëóïðîâîäíèêîâûå ëàçåðíûå äèîäû (LD). Ãëàâíàÿ îòëè÷èòåëüíàÿ ÷åðòà ìåæäó ñâåòîäèîäàìè è ëàçåðíûìè äèîäàìè – ýòî øèðèíà ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ. Ñâåòîèçëó÷àþùèå äèîäû èìåþò øèðîêèé ñïåêòð èçëó÷åíèÿ, â òî âðåìÿ êàê ëàçåðíûå äèîäû èìåþò çíà÷èòåëüíî áîëåå óçêèé ñïåêòð, ðèñ. 4.1 [1, 2]. Îáà òèïà óñòðîéñòâ âåñüìà êîìïàêòíû è õîðîøî ñîïðÿãàþòñÿ ñî ñòàíäàðòíûìè ýëåêòðîííûìè öåïÿìè.
Многомодовый лазер (∆λ = 1-3 нм)
Спектральная мощность
Светодиод (∆λ = 30-50 нм)
Одномодовый лазер (∆λ = 0,1-0,4 нм)
~1 нм
а)
Длина волны, λ
б)
Длина волны, λ
в)
Длина волны, λ
Ðèñ. 4.1. Ñïåêòðû èçëó÷åíèÿ ñâåòîäèîäîâ è ëàçåðíûõ äèîäîâ
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
73
Ñâåòîèçëó÷àþùèå äèîäû Áëàãîäàðÿ ñâîåé ïðîñòîòå è íèçêîé ñòîèìîñòè, ñâåòîäèîäû ðàñïðîñòðàíåíû çíà÷èòåëüíî øèðå, ÷åì ëàçåðíûå äèîäû. Ïðèíöèï ðàáîòû ñâåòîäèîäà îñíîâàí íà èçëó÷àòåëüíîé ðåêîìáèíàöèè íîñèòåëåé çàðÿäà â àêòèâíîé îáëàñòè ãåòåðîãåííîé ñòðóêòóðû ïðè ïðîïóñêàíèè ÷åðåç íåå òîêà, ðèñ. 4.2 à. Íîñèòåëè çàðÿäà – ýëåêòðîíû è äûðêè – ïðîíèêàþò â àêòèâíûé ñëîé (ãåòåðîïåðåõîä) èç ïðèëåãàþùèõ ïàññèâíûõ ñëîåâ (p- è n-ñëîÿ) âñëåäñòâèå ïîäà÷è íàïðÿæåíèÿ íà p-n ñòðóêòóðó è çàòåì èñïûòûâàþò ñïîíòàííóþ ðåêîìáèíàöèþ, ñîïðîâîæäàþùóþñÿ èçëó÷åíèåì ñâåòà. Äëèíà âîëíû èçëó÷åíèÿ λ (ìêì) ñâÿçàíà ñ øèðèíîé çàïðåùåííîé çîíû àêòèâíîãî ñëîÿ
Eg
(ýÂ) çàêîíîì ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè
λ = 1,24 E g
, ðèñ. 4.2 á.
Ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ àêòèâíîãî ñëîÿ âûøå ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ îãðàíè÷èâàþùèõ ïàññèâíûõ ñëîåâ, áëàãîäàðÿ ÷åìó ðåêîìáèíàöèîííîå èçëó÷åíèå ìîæåò ðàñïðîñòðàíÿòüñÿ â ïðåäåëàõ àêòèâíîãî ñëîÿ, èñïûòûâàÿ ìíîãîêðàòíîå îòðàæåíèå, ÷òî çíà÷èòåëüíî ïîâûøàåò ÊÏÄ èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ. инжекция электронов
0,1-0,2 мкм n-слой
а)
p p-слой или n
гетеропереход
Eg
инжекция дырок
б)
Ðèñ. 4.2. Äâîéíàÿ ãåòåðîñòðóêòóðà: à) ãåòåðîñòðóêòóðà; á) ýíåðãåòè÷åñêàÿ äèàãðàììà ïðè ïðÿìîì ñìåùåíèè
Ãåòåðîãåííûå ñòðóêòóðû ìîãóò ñîçäàâàòüñÿ íà îñíîâå ðàçíûõ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ìàòåðèàëîâ. Îáû÷íî â êà÷åñòâå ïîäëîæêè èñïîëüçóþòñÿ GaAs è InP. Ñîîòâåòñòâóþùèé êîìïîçèöèîííûé ñîñòàâ àêòèâíîãî ìàòåðèàëà âûáèðàåòñÿ â çàâèñèìîñòè îò äëèíû âîëíû èçëó÷åíèÿ è ñîçäàåòñÿ ïîñðåäñòâîì íàïûëåíèÿ íà ïîäëîæêó, òàáë. 4.1. Äëèíó âîëíû èçëó÷åíèÿ λ 0 îïðåäåëÿþò êàê çíà÷åíèå, ñîîòâåòñòâóþùåå ìàêñèìóìó ñïåêòðàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ìîùíîñòè, à øèðèíó ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ
∆λ 0,5
– êàê èíòåðâàë äëèí
âîëí, â êîòîðîì ñïåêòðàëüíàÿ ïëîòíîñòü ìîùíîñòè ñîñòàâëÿåò ïîëîâèíó ìàêñèìàëüíîé.
Òàáëèöà 4.1. Êîìïîçèöèîííûå ìàòåðèàëû, èñïîëüçóåìûå äëÿ ñîçäàíèÿ èñòî÷íèêîâ èçëó÷åíèÿ ðàçëè÷íûõ äëèí âîëí [2] Àêòèâíûé ìàòåðèàë Ga(1–x)AlxAs
Ïîäëîæêà
Äèàïàçîí âîçìîæíûõ çíà÷åíèé
E g , ýÂ
Äèàïàçîí èçëó÷àåìûõ äëèí âîëí λ , íì
GaAs
2,02...1,42
610...870
In(1–x)GaxAsy P(1–y)
InP
0,95
1100...1700
In0,73Ga0,27As0,58 P0,42
InP
0,95
1310
In0,58Ga0,42As0,9 P0,1
InP
0,80
1550
Ëàçåðíûå äèîäû Äâà ãëàâíûõ êîíñòðóêòèâíûõ îòëè÷èÿ åñòü ó ëàçåðíîãî äèîäà ïî ñðàâíåíèþ ñî ñâåòîäèîäîì. Ïåðâîå, ëàçåðíûé äèîä èìååò âñòðîåííûé îïòè÷åñêèé ðåçîíàòîð. Âòîðîå, ëàçåðíûé äèîä ðàáîòàåò ïðè çíà÷èòåëüíî áîëüøèõ çíà÷åíèÿõ òîêîâ íàêà÷êè, ÷åì ñâåòîäèîä, ÷òî ïîçâîëÿåò ïðè ïðåâûøåíèè íåêîòîðîãî ïîðîãîâîãî çíà÷åíèÿ ïîëó÷èòü ðåæèì èíäóöèðîâàííîãî èçëó÷åíèÿ. Èìåííî òàêîå èçëó÷åíèå õàðàêòåðèçóåòñÿ âûñîêîé êîãåðåíòíîñòüþ, áëàãîäàðÿ ÷åìó
74
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
ëàçåðíûå äèîäû èìåþò çíà÷èòåëüíî ìåíüøå øèðèíó ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ (1-2 íì) ïðîòèâ 30-50 íì ó ñâåòîäèîäîâ, ðèñ. 4.1. Çàâèñèìîñòü ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ îò òîêà íàêà÷êè îïèñûâàåòñÿ âàòò-àìïåðíîé õàðàêòåðèñòèêîé ëàçåðíîãî äèîäà. Ïðè ìàëûõ òîêàõ íàêà÷êè ëàçåð èñïûòûâàåò ñëàáîå ñïîíòàííîå èçëó÷åíèå, ðàáîòàÿ êàê ìàëîýôôåêòèâíûé ñâåòîäèîä. Ïðè ïðåâûøåíèè íåêîòîðîãî ïîðîãîâîãî çíà÷åíèÿ òîêà íàêà÷êè I thres , èçëó÷åíèå ñòàíîâèòñÿ èíäóöèðîâàííûì, ÷òî ïðèâîäèò ê ðåçêî-
Мощность светового излучения
ìó ðîñòó ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ è åãî êîãåðåíòíîñòè, ðèñ. 4.3.
1
2
I thres
Ðèñ. 4.3. Âàòò-àìïåðíûå õàðàêòåðèñòèêè: 1 - ëàçåðíîãî äèîäà; 2 - ñâåòîäèîäà
Ток накачки, I
Ìîùíîñòü âûõîäíîãî èçëó÷åíèÿ
Pout
èëè âûõîäíàÿ ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ ñâåòîäèîäà
(output power) îòðàæàåò ìîùíîñòü ââîäèìîãî â âîëîêíî èçëó÷åíèÿ. Íàðÿäó ñ òðàäèöèîííîé åäèíèöåé èçìåðåíèÿ Âò îíà ìîæåò èçìåðÿòüñÿ â äÁì. Ìîùíîñòè Pout , èçìåðåííîé â ìÂò (10–3 Âò), áóäåò ñîîòâåòñòâîâàòü ìîùíîñòü
p out = 10 lg Pout (äÁì).
Èñïîëüçîâàíèå åäèíèöû èç-
ìåðåíèÿ äÁì óïðîùàåò ýíåðãåòè÷åñêèé ðàñ÷åò áþäæåòà ëèíèé. Ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ, ïðèâîäÿùàÿñÿ â õàðàêòåðèñòèêàõ îïòè÷åñêîãî ïåðåäàò÷èêà, ìîæåò âàðüèðîâàòüñÿ â íåêîòîðîì äèàïàçîíå.  òàêèõ ñëó÷àÿõ óêàçûâàþò äèàïàçîí ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ (output power range). Íàïðèìåð, –19/–14 äÁì îçíà÷àåò, ÷òî p out min = –19 äÁì, à p out max = –14 äÁì.  ìàãèñòðàëüíûõ ÂÎËÑ èñïîëüçóþòñÿ äâà îêíà 1,3 è 1,55 ìêì. Ïîñêîëüêó íàèìåíüøåå çàòóõàíèå â âîëîêíå äîñòèãàåòñÿ â îêíå 1,55 ìêì, íà ñâåðõïðîòÿæåííûõ áåçðåòðàíñëÿöèîííûõ ó÷àñòêàõ (L ≅ 100 êì) ýôôåêòèâíåé èñïîëüçîâàòü îïòè÷åñêèå ïåðåäàò÷èêè èìåííî ñ ýòîé äëèíîé âîëíû.  òî æå âðåìÿ íà ìíîãèõ ìàãèñòðàëüíûõ ÂÎËÑ â ñîñòàâ ÂÎÊ âõîäÿò òîëüêî ñòóïåí÷àòûå îäíîìîäîâûå âîëîêíà, èìåþùèå ìèíèìóì õðîìàòè÷åñêîé äèñïåðñèè â îêðåñòíîñòè 1,3 ìêì (âîëîêîí ñî ñìåùåííîé äèñïåðñèåé íåò). Íà äëèíå âîëíû 1,55 ìêì óäåëüíàÿ õðîìàòè÷åñêàÿ äèñïåðñèÿ ó SMF ñîñòàâëÿåò 17 ïñ/íì⋅êì. À ïîñêîëüêó ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíà øèðèíå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ, òî óâåëè÷èòü ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ ìîæíî òîëüêî óìåíüøàÿ øèðèíó ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ ëàçåðà. Èç òàáë. 2.4 (ãëàâà 2) âèäíî, ÷òî ïðè øèðèíå ñïåêòðà ∆λ =4 íì ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ íà 100 êì ñîñòàâëÿåò 63 ÌÃö, à ïðè ∆λ = 0,2 íì ñîîòâåòñòâåííî 1260 ÌÃö. Èòàê, äëÿ òîãî ÷òîáû îïòè÷åñêèå ïåðåäàò÷èêè íà äëèíå âîëíû 1,55 ìêì ìîãëè â ðàâíîé ñòåïåíè èñïîëüçîâàòüñÿ íà ïðîòÿæåííîé ëèíèè íå òîëüêî ñ îäíîìîäîâûì âîëîêíîì ñî ñìåùåííîé äèñïåðñèåé (DSF), íî è ñî ñòóïåí÷àòûì âîëîêíîì (SMF), íåîáõîäèìî äåëàòü øèðèíó ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ ïåðåäàò÷èêîâ êàê ìîæíî ìåíüøå. ×åòûðå îñíîâíûõ òèïà ëàçåðíûõ äèîäîâ ïîëó÷èëè íàèáîëüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå: ñ ðåçîíàòîðîì Ôàáðè-Ïåðî; ñ ðàñïðåäåëåííîé îáðàòíîé ñâÿçüþ; ñ ðàñïðåäåëåííûì áðýããîâñêèì îòðàæåíèåì; ñ âíåøíèì ðåçîíàòîðîì. Ëàçåðíûå äèîäû ñ ðåçîíàòîðîì Ôàáðè-Ïåðî (FP ëàçåðû, Fabry-Perot). Ðåçîíàòîð â òàêîì ëàçåðíîì äèîäå îáðàçóåòñÿ òîðöåâûìè ïîâåðõíîñòÿìè, îêðóæàþùèìè ñ îáåèõ ñòîðîí ãåòåðîãåííûé ïåðåõîä. Îäíà èç ïîâåðõíîñòåé îòðàæàåò ñâåò ñ êîýôôèöèåíòîì îòðàæåíèÿ, áëèçêèì ê 100%, äðóãàÿ ÿâëÿåòñÿ ïîëóïðîçðà÷íîé, îáåñïå÷èâàÿ, òàêèì îáðàçîì, âûõîä èçëó÷åíèÿ íàðóæó. Íà ðèñ. 4.1 á ïîêàçàí ñïåêòð èçëó÷åíèÿ ïðîìûøëåííîãî ëàçåðíîãî äèîäà ñ èñïîëüçîâàíèåì ðåçîíàòîðà Ôàáðè-Ïåðî. Êàê âèäíî èç ðèñóíêà, íàðÿäó ñ ãëàâíûì ïèêîì, â êîòîðîì ñîñðåäîòî÷åíà îñíîâíàÿ ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ, ñóùåñòâóþò ïîáî÷íûå ìàêñèìóìû. Ïðè÷èíà èõ âîçíèêíîâåíèÿ ñâÿçàíà ñ óñëîâèÿìè îáðàçîâàíèÿ ñòîÿ÷èõ âîëí. Äëÿ óñèëåíèÿ ñâåòà îïðåäå-
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
75
ëåííîé äëèíû âîëíû íåîáõîäèìî âûïîëíåíèå äâóõ óñëîâèé. Ïåðâîå, äëèíà âîëíû äîëæíà óäîâëåòâîðÿòü ñîîòíîøåíèþ 2 D = Nλ , ãäå D – äèàìåòð ðåçîíàòîðà Ôàáðè-Ïåðî, à N – íåêîòîðîå öåëîå ÷èñëî. Âòîðîå, äëèíà âîëíû äîëæíà ïîïàäàòü â äèàïàçîí, â ïðåäåëàõ êîòîðîãî ñâåò ìîæåò óñèëèâàòüñÿ èíäóöèðîâàííûì èçëó÷åíèåì. Åñëè ýòîò äèàïàçîí äîñòàòî÷íî ìàë, òî èìååò ìåñòî îäíîìîäîâûé ðåæèì ñ øèðèíîé ñïåêòðà ìåíüøå 1 íì.  ïðîòèâíîì ñëó÷àå â îáëàñòü ∆λ 0,5 ìîãóò ïîïàñòü äâà èëè áîëåå ñîñåäíèõ ìàêñèìóìîâ, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ìíîãîìîäîâîìó ðåæèìó ñ øèðèíîé ñïåêòðà îò îäíîãî äî íåñêîëüêèõ íì. FP ëàçåð èìååò äàëåêî íå ñàìûå âûñîêèå òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè, íî äëÿ òåõ ïðèëîæåíèé, ãäå íå òðåáóåòñÿ î÷åíü âûñîêàÿ ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äàííûõ, îí, â ñèëó áîëåå ïðîñòîé êîíñòðóêöèè, íàèëó÷øèì îáðàçîì ïîäõîäèò ñ òî÷êè çðåíèÿ öåíà-ýôôåêòèâíîñòü. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî äàæå â òîì ñëó÷àå, êîãäà ñîñåäíèå ìàêñèìóìû ìàëû, òî åñòü êîãäà ðåàëèçóåòñÿ îäíîìîäîâûé ðåæèì èçëó÷åíèÿ è ∆λ ìàëî, ñ ðîñòîì ñêîðîñòè ïåðåäà÷è ó FP ëàçåðà íàáëþäàåòñÿ ïåðåðàñïðåäåëåíèå ìîùíîñòè â ìîäàõ, êîòîðîå ïðèâîäèò ê ïàðàçèòíîìó ýôôåêòó – äèíàìè÷åñêîìó óøèðåíèþ ñïåêòðà ∆λ (äî 10 íì ïðè ÷àñòîòå ìîäóëÿöèè 1-2 ÃÃö). Ýòîò ýôôåêò îòñóòñòâóåò ó ïåðå÷èñëåííûõ òðåõ äðóãèõ áîëåå ñîâåðøåííûõ òèïîâ ëàçåðíûõ äèîäîâ, îòëè÷àþùèõñÿ ñïîñîáîì îðãàíèçàöèè îïòè÷åñêîãî ðåçîíàòîðà, è ÿâëÿþùèõñÿ â íåêîòîðîé ñòåïåíè ìîäåðíèçàöèåé ïðîñòîãî ðåçîíàòîðà Ôàáðè-Ïåðî [2]. Ëàçåðíûå äèîäû ñ ðàñïðåäåëåííîé îáðàòíîé ñâÿçüþ (DFB ëàçåð) è ñ ðàñïðåäåëåííûì áðýããîâñêèì îòðàæåíèåì (DBR ëàçåð). Ðåçîíàòîðû ó ýòèõ äâóõ äîâîëüíî ñõîæèõ òèïîâ ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ìîäèôèêàöèþ ïëîñêîãî ðåçîíàòîðà Ôàáðè-Ïåðî, â êîòîðîé äîáàâëåíà ïåðèîäè÷åñêàÿ ïðîñòðàíñòâåííàÿ ìîäóëÿöèîííàÿ ñòðóêòóðà.  DFB ëàçåðàõ ïåðèîäè÷åñêàÿ ñòðóêòóðà ñîâìåùåíà ñ àêòèâíîé îáëàñòüþ (ðèñ. 4.4 à), à â DBR ëàçåðàõ ïåðèîäè÷åñêàÿ ñòðóêòóðà âûíåñåíà çà ïðåäåëû àêòèâíîé îáëàñòè (ðèñ. 4.4 á). Ïåðèîäè÷åñêàÿ ñòðóêòóðà âëèÿåò íà óñëîâèÿ ðàñïðîñòðàíåíèÿ è õàðàêòåðèñòèêè èçëó÷åíèÿ. Òàê, ïðåèìóùåñòâàìè DFB è DBR ëàçåðîâ ïî ñðàâíåíèþ ñ FP ëàçåðîì ÿâëÿþòñÿ: óìåíüøåíèå çàâèñèìîñòè äëèíû âîëíû ëàçåðà îò òîêà èíæåêöèè è òåìïåðàòóðû, âûñîêàÿ ñòàáèëüíîñòü îäíîìîäîâîñòè è ïðàêòè÷åñêè 100ïðîöåíòíàÿ ãëóáèíà ìîäóëÿöèè. Òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò ∆λ ∆T äëÿ FP ëàçåðà ïîðÿäêà 0,5-1 íì/oC, â òî âðåìÿ êàê äëÿ DFB ëàçåðà ïîðÿäêà 0,07-0,09 íì/oC. Îñíîâíûì íåäîñòàòêîì DFB è DBR ëàçåðîâ ÿâëÿåòñÿ ñëîæíàÿ òåõíîëîãèÿ èçãîòîâëåíèÿ è, êàê ñëåäñòâèå, áîëåå âûñîêàÿ öåíà. Ëàçåðíûé äèîä ñ âíåøíèì ðåçîíàòîðîì (EC ëàçåð).  EC ëàçåðàõ îäèí èëè îáà òîðöà ïîêðûâàþòñÿ ñïåöèàëüíûì ñëîåì, óìåíüøàþùèì îòðàæåíèå, è ñîîòâåòñòâåííî, îäíî èëè äâà çåðêàëà ñòàâÿòñÿ âîêðóã àêòèâíîé îáëàñòè ïîëóïðîâîäíèêîâîé ñòðóêòóðû. Íà ðèñ. 4.4 â) ïîêàçàí ïðèìåð EC ëàçåðà ñ îäíèì âíåøíèì ðåçîíàòîðîì. Àíòèîòðàæàòåëüíîå ïîêðûòèå óìåíüøàåò êîýôôèöèåíò îòðàæåíèÿ ïðèìåðíî íà ÷åòûðå ïîðÿäêà, â òî âðåìÿ êàê äðóãîé òîðåö àêòèâíîãî ñëîÿ îòðàæàåò äî 30% ñâåòîâîãî ïîòîêà áëàãîäàðÿ ôðåíåëåâñêîìó îòðàæåíèþ. Çåðêàëî, êàê ïðàâèëî, ñîâìåùàåò ôóíêöèè äèôðàêöèîííîé ðåøåòêè. Äëÿ óëó÷øåíèÿ îáðàòíîé ñâÿçè ìåæäó çåðêàëîì è àêòèâíûì ýëåìåíòîì óñòàíàâëèâàåòñÿ ëèíçà. Óâåëè÷èâàÿ èëè óìåíüøàÿ ðàññòîÿíèå äî çåðêàëà, à òàêæå îäíîâðåìåííî ðàçâîðà÷èâàÿ çåðêàëî-ðåøåòêó, – ýòî ýêâèâàëåíòíî èçìåíåíèþ øàãà ðåøåòêè – ìîæíî ïëàâíî èçìåíÿòü äëèíó âîëíû èçëó÷åíèÿ, ïðè÷åì äèàïàçîí íàñòðîéêè äîñòèãàåò 30 íì.  ñèëó ýòîãî, EC ëàçåðû ÿâëÿþòñÿ íåçàìåíèìûìè ïðè ðàçðàáîòêå àïïàðàòóðû âîëíîâîãî óïëîòíåíèÿ è èçìåðèòåëüíîé àïïàðàòóðû äëÿ ÂÎËÑ [3]. Ïî õàðàêòåðèñòèêàì îíè ñõîæè ñ DFB è DBR ëàçåðàìè.
Äðóãèå õàðàêòåðèñòèêè Òàêæå âàæíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè èñòî÷íèêîâ èçëó÷åíèÿ ÿâëÿþòñÿ: áûñòðîäåéñòâèå èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ; äåãðàäàöèÿ è âðåìÿ íàðàáîòêè íà îòêàç. Áûñòðîäåéñòâèå èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ. Ýêñïåðèìåíòàëüíî èçìåðÿåìûì ïàðàìåòðîì, îòðàæàþùèì áûñòðîäåéñòâèå èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ, ÿâëÿåòñÿ ìàêñèìàëüíàÿ ÷àñòîòà ìîäóëÿöèè. Ïðåäâàðèòåëüíî óñòàíàâëèâàþòñÿ ïîðîãè íà óðîâíå 0,1 è 0,9 îò óñòàíîâèâøåãîñÿ çíà÷åíèÿ ìîùíîñòè ñâåòîâîãî èçëó÷åíèÿ ïðè íèçêî÷àñòîòíîé ìîäóëÿöèè ïðÿìîóãîëüíûìè èìïóëüñàìè òîêà. Ïî ìåðå ðîñòà ÷àñòîòû ìîäóëÿöèè, ò.å. ïðè ïåðåõîäå íà ìåíüøèå ìàñøòàáû ïî âðåìåííîé øêàëå, ôîðìà ñâåòîâûõ ôðîíòîâ ñòàíîâèòñÿ áîëåå ïîëîãîé. Äëÿ îïèñàíèÿ ôðîíòîâ ââîäÿò âðåìåíà íàðàñòàíèÿ τ rise è ñïàäà τ fall ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ, îïðåäåëÿåìûå êàê âðåìåííûå èíòåðâàëû, çà êîòîðûå ïðîèñõîäèò íàðàñòàíèå îò 0,1 äî 0,9 è, íàîáîðîò, ñïàä ñâåòîâîãî ñèãíàëà îò 0,9 äî 0,1. Ìàêñèìàëüíàÿ ÷àñòîòà ìîäóëÿöèè îïðåäåëÿåòñÿ êàê ÷àñòîòà âõîäíûõ ýëåê-
76
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
òðè÷åñêèõ èìïóëüñîâ, ïðè êîòîðîé âûõîäíîé îïòè÷åñêèé ñèãíàë ïåðåñòàåò ïåðåñåêàòü ïîðîãîâûå çíà÷åíèÿ 0,1 è 0,9, îñòàâàÿñü ïðè ýòîì âî âíóòðåííåé îáëàñòè. Äëÿ ñâåòîäèîäîâ ýòà ÷àñòîòà ìîæåò äîñòèãàòü äî 200 ÌÃö, à ó ëàçåðíûõ äèîäîâ – çíà÷èòåëüíî áîëüøå (íåñêîëüêî ÃÃö). Âðåìåíà íàðàñòàíèÿ è ñïàäà ïðåäîñòàâëÿþò èíôîðìàöèþ î ïîëîñå ïðîïóñêàíèÿ W. Åñëè ïðåäïîëîæèòü, ÷òî îíè ðàâíû ìåæäó ñîáîé (à ýòî íå âñåãäà òàê), òî ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ ìîæíî îïðåäåëèòü ïî ôîðìóëå (2-8): W = 0,35 / τ rise . периодическая структура ограничивает излучение до одной длины волны
выходной луч
а)
ток инжекции
б) активный слой
отражающая дифракционная решетка
антиотражающее покрытие линза
в) резонатор
Ðèñ. 4.4. Òðè îñíîâíûõ òèïà ëàçåðíûõ äèîäîâ: à) ëàçåð ñ ðàñïðåäåëåííîé îáðàòíîé ñâÿçüþ, DFB ëàçåð; á) ëàçåð ñ ðàñïðåäåëåííûì áðýããîâñêèì îòðàæåíèåì, DBR ëàçåð; â) ëàçåð ñ îäíèì âíåøíèì ðåçîíàòîðîì, EC ëàçåð
Äåãðàäàöèÿ è âðåìÿ íàðàáîòêè íà îòêàç. Ïî ìåðå ýêñïëóàòàöèè îïòè÷åñêîãî ïåðåäàò÷èêà åãî õàðàêòåðèñòèêè ïîñòåïåííî óõóäøàþòñÿ – ïàäàåò ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ, è, â êîíöå êîíöîâ, îí âûõîäèò èç ñòðîÿ. Ýòî ñâÿçàíî ñ äåãðàäàöèåé ïîëóïðîâîäíèêîâîãî ñëîÿ. Íàäåæíîñòü ïîëóïðîâîäíèêîâîãî èçëó÷àòåëÿ îïðåäåëÿåòñÿ ñðåäíåé íàðàáîòêîé íà îòêàç èëè èíòåíñèâíîñòüþ îòêàçîâ. Ëàçåðíûå äèîäû, âûïóñêàåìûå äåñÿòü ëåò íàçàä, îáëàäàëè çíà÷èòåëüíî ìåíüøåé íàäåæíîñòüþ ïî ñðàâíåíèþ ñî ñâåòîäèîäàìè. Îäíàêî â íàñòîÿùåå âðåìÿ, áëàãîäàðÿ ñîâåðøåíñòâîâàíèþ êîíñòðóêöèé è òåõíîëîãèè èçãîòîâëåíèÿ, óäàëîñü çíà÷èòåëüíî ïîâûñèòü íàäåæíîñòü ëàçåðíûõ äèîäîâ è ïðèáëèçèòü èõ ê ñâåòîäèîäàì ïî âðåìåíè íàðàáîòêè íà îòêàç, êîòîðîå ñîñòàâëÿåò äî 50000 ÷àñîâ è áîëåå (5-8 ëåò).
Îñíîâíûå ýëåìåíòû ÏÎÌ Äëÿ îðãàíèçàöèè ïåðåäà÷è îïòè÷åñêèõ ñèãíàëîâ íå äîñòàòî÷íî èìåòü òîëüêî èñòî÷íèê èçëó÷åíèÿ.  ëþáîé êîíñòðóêöèè ÏÎÌ åñòü ñïåöèàëüíûé äåðæàòåëü (housing), êîòîðûé ïîçâîëÿåò çàêðåïèòü è çàùèòèòü ñîñòàâíûå ýëåìåíòû ïåðåäàò÷èêà: èñòî÷íèê èçëó÷åíèÿ, óçåë ýëåêòðè÷åñêîãî èíòåðôåéñà è ìåñòî ñîïðÿæåíèÿ ñ âîëîêíîì. Èíîãäà òðåáóþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå âíóòðåííèå ýëåìåíòû äëÿ îïòèìàëüíîãî ïîäñîåäèíåíèÿ âîëîêíà. Âàæíûì ýëåìåíòîì ëàçåðíûõ äèîäîâ ÿâëÿåòñÿ öåïü òîêà íàêà÷êè, è ñèñòåìà êîíòðîëÿ òåìïåðàòóðû. Äëÿ ñëîæíûõ ëàçåðíûõ ñèñòåì äîáàâëÿþò âûõîäíîé ìîíèòîðèíã îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà. Îáùàÿ ñõåìà êîíñòðóêöèè îïòè÷åñêîãî ïåðåäàò÷èêà, â êîòîðîé íå âñå ýëåìåíòû ÿâëÿþòñÿ îáÿçàòåëüíûìè, ïîêàçàíà íà ðèñ. 4.5, [4]. ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
77
Ïîñòàâùèêè. Êðóïíûìè ïîñòàâùèêàìè ïåðåäàò÷èêîâ ÿâëÿþòñÿ ôèðìû: Epitaxx Inc., Ericsson Components Ab, Fujitsu Microelectronics Inc., Hamamatsu Corp., Hewlett-Packard, Hitachi, Lasertron Inc., Laser Diode Inc., NEC Electronics Inc., OKI Semiconductors, Optek Technology Inc., Optical Communication Product Inc., Ortel Corp., Siemens Corp. è äð. [5]. Электрические интерфейсы
Оптические интерфейсы
Электрические преобразователи
Главный сигнальный поток
Ток накачки
Оптический мониторинг
Охлаждение
Источник излучения
Внутренний модулятор
Аттенюатор
Температурный мониторинг
Держатель Подключение витых пар
Оптический выход
Ðèñ. 4.5. Ñîñòàâëÿþùèå ýëåìåíòû ïåðåäàþùåãî îïòîýëåêòðîííîãî ìîäóëÿ (ÏÎÌ)
4.2. Ïðèåìíûå îïòîýëåêòðîííûå ìîäóëè Ïðèåìíûå îïòîýëåêòðîííûå ìîäóëè (ÏÐÎÌ) ÿâëÿþòñÿ âàæíûìè ýëåìåíòàìè âîëîêîííîîïòè÷åñêîé ñèñòåìû. Èõ ôóíêöèÿ – ïðåîáðàçîâàíèå îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà, ïðèíÿòîãî èç âîëîêíà, â ýëåêòðè÷åñêèé. Ïîñëåäíèé îáðàáàòûâàåòñÿ äàëåå ýëåêòðîííûìè óñòðîéñòâàìè.
Îñíîâíûå ýëåìåíòû ïðèåìíûõ îïòîýëåêòðîííûõ ìîäóëåé Îñíîâíûìè ôóíêöèîíàëüíûìè ýëåìåíòàìè ÏÐÎÌ ÿâëÿþòñÿ: •
ôîòîïðèåìíèê, ïðåîáðàçóþùèé ïîëó÷åííûé îïòè÷åñêèé ñèãíàë â ýëåêòðè÷åñêóþ ôîðìó;
•
êàñêàä ýëåêòðè÷åñêèõ óñèëèòåëåé, óñèëèâàþùèõ ñèãíàë è ïðåîáðàçóþùèõ åãî â ôîðìó, ïðèãîäíóþ ê îáðàáîòêå;
•
äåìîäóëÿòîð, âîñïðîèçâîäÿùèé ïåðâîíà÷àëüíóþ ôîðìó ñèãíàëà.
Íà ïðàêòèêå ôóíêöèîíàëüíûå ýëåìåíòû ìîãóò íåñêîëüêî îòëè÷àòüñÿ ó ðàçíûõ ÏÐÎÌ. Íàïðèìåð, äåòåêòîð òèïà ëàâèííûé ôîòîäèîä îáåñïå÷èâàåò âíóòðåííåå óñèëåíèå, â ðåçóëüòàòå ÷åãî ñîáñòâåííûå øóìû ïîñëåäóþùåãî ýëåêòðîííîãî óñèëèòåëÿ ñòàíîâÿòñÿ íå ñòîëü çàìåòíûìè ïî ñðàâíåíèþ ñ óðîâíåì ïîëåçíîãî ñèãíàëà.  íåêîòîðûõ ÏÐÎÌ îòñóòñòâóåò äåìîäóëÿòîð, èëè öåïü ïðèíÿòèÿ ðåøåíèÿ, ïîñêîëüêó ýëåêòðè÷åñêèé ñèãíàë ñ âûõîäà êàñêàäà óñèëèòåëåé ïðèåìëåì äëÿ íåïîñðåäñòâåííîé îáðàáîòêè äðóãèìè ýëåêòðîííûìè óñòðîéñòâàìè. Èíîãäà äëÿ áîëåå ýôôåêòèâíîé ðàáîòû ÏÐÎÌ ïåðåä äåòåêòîðîì óñòàíàâëèâàåòñÿ îïòè÷åñêèé óñèëèòåëü. Íà ðèñ. 4.6 ïðèâåäåíû ôóíêöèîíàëüíûå ýëåìåíòû àíàëîãîâîãî (à) è öèôðîâîãî (á) ÏÐÎÌ. Àíàëîãîâûå ÏÐÎÌ ïðèíèìàþò àíàëîãîâûé îïòè÷åñêèé ñèãíàë è íà âûõîäå òàêæå âûäàþò àíàëîãîâûé ýëåêòðè÷åñêèé ñèãíàë. Ê àíàëîãîâûì ïðèåìíèêàì ïðåäúÿâëÿþòñÿ òðåáîâàíèÿ âûñîêîé ëèíåéíîñòè ïðåîáðàçîâàíèÿ è óñèëåíèÿ ñèãíàëà ïðè ìèíèìóìå âíîñèìûõ øóìîâ – â ïðîòèâíîì ñëó÷àå âîçðàñòàþò èñêàæåíèÿ ñèãíàëà. Íà ïðîòÿæåííûõ ëèíèÿõ ñ áîëüøèì êîëè÷åñòâîì ïðèåìî-ïåðåäàþùèõ óçëîâ èñêàæåíèÿ è øóìû íàêàïëèâàþòñÿ, ÷òî ñíèæàåò ýôôåêòèâíîñòü àíàëîãîâûõ ìíîãîðåòðàíñëÿöèîííûõ ëèíèé ñâÿçè. Ïðè öèôðîâîé ïåðåäà÷å íå òðåáóåòñÿ î÷åíü òî÷íàÿ ðåòðàíñëÿöèÿ ôîðì èìïóëüñîâ. Öèôðîâîé ïðèåìíèê äîëæåí âêëþ÷àòü óçåë ïðèíÿòèÿ ðåøåíèÿ èëè äèñêðèìèíàòîð, èìåþùèé óñòàíîâëåííûå ïîðîãè íà ïðèíÿòèå ñèãíàëîâ 0 è 1, êîòîðûé ðàñïîçíàåò, êàêîé ñèãíàë ïðèøåë, óñòðàíÿåò øóìû è âîññòàíàâëèâàåò íåîáõîäèìóþ àìïëèòóäó ñèãíàëà. Ïðàâèëüíîå âûäåëåíèå íóæíîãî ñèãíàëà ìîæåò ïðîèñõîäèòü ïðè áîëüøîì óðîâíå øóìîâ.
78
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Каскад электронных усилителей Свет
Фотоприемник
Малошумящий предусилитель
Главный усилитель
Демодулятор
Электрический сигнал
а)
Линейный модуль Свет
Фотоприемник
Малошумящий предусилитель
Главный усилитель
Блок регенерации
Фильтр формы
Цепь принятия решения
Электрический сигнал
Синхроимпульсы Таймер
б)
Ðèñ. 4.6. Ôóíêöèîíàëüíûå ýëåìåíòû ïðèåìíûõ îïòîýëåêòðîííûõ ìîäóëåé (ÏÐÎÌ): à) àíàëîãîâîãî; á) öèôðîâîãî
Ðàçëè÷àþò ñèíõðîííûå è àñèíõðîííûå ðåæèìû ïðèåìà-ïåðåäà÷è öèôðîâîãî ñèãíàëà [6]. Óïðîùåííîå îïèñàíèå êàæäîãî èç ìåòîäîâ ïðèâåäåíî íèæå. Ïðè ñèíõðîííîì ðåæèìå áèòîâûé ïîòîê ìåæäó ïðèåìíèêîì è ïåðåäàò÷èêîì íîñèò íåïðåðûâíûé õàðàêòåð. Ïðè àñèíõðîííîì ðåæèìå äàííûå ïåðåäàþòñÿ â âèäå îðãàíèçîâàííûõ áèòîâûõ ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé – ïàêåòîâ.  ïðîìåæóòêàõ ìåæäó ïàêåòàìè ëèíèÿ ìîë÷èò – ñèãíàëà íåò. Ïðè ñèíõðîííîì ðåæèìå ïðèåìàïåðåäà÷è òàéìåð ïðèåìíèêà âûäåëÿåò â ïðèõîäÿùåé áèòîâîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ñïåöèàëüíûå ñèãíàëû – ñèíõðîèìïóëüñû, íà îñíîâàíèè êîòîðûõ ïðèåìíèê ðåãóëÿðíî íàñòðàèâàåò èëè ïîäñòðàèâàåò ñâîè ÷àñû. Ïðè àñèíõðîííîì ðåæèìå ïðèåìà-ïåðåäà÷è ïðèåìíèê èìååò ñâîé íåçàâèñèìûé òàéìåð. Ïðèíèìàÿ íà÷àëüíûå áèòû ïàêåòà (ïðåàìáóëó), òàéìåð ïðèåìíèêà íàñòðàèâàåò óçåë ïðèíÿòèÿ ðåøåíèÿ òàê, ÷òîáû îïðåäåëåíèå ïðèõîäÿùåãî áèòà âûïîëíÿëîñü íà åãî ñåðåäèíå. Ýëåêòðè÷åñêèé ñèãíàë, êîòîðûé âûäàåò óçåë ïðèíÿòèÿ ðåøåíèÿ, èäåò íà ÷àñòîòå òàéìåðà. Òàê êàê åñòü ïîãðåøíîñòü ó ðàçíûõ òàéìåðîâ, òî, ïî ìåðå ïðèíÿòèÿ ïîñëåäóþùèõ áèòîâ ïàêåòà, ìîìåíò îïðåäåëåíèÿ ïðèõîäÿùåãî áèòà ïëàâíî ñìåùàåòñÿ â îäíó èç ñòîðîí îòíîñèòåëüíî ñåðåäèíû ïðèõîäÿùåãî áèòà. Äëÿ ïðàâèëüíîé èäåíòèôèêàöèè âñåõ áèòîâ ïàêåòà âàæíî, ÷òîáû ñìåùåíèå çà âðåìÿ ïðèíÿòèÿ ïàêåòà íå ïðåâûñèëî 0,5 áèòà. Ýòî ïðèâîäèò ê îãðàíè÷åíèþ íà ìàêñèìàëüíóþ äëèíó ïàêåòà. ×åì ìåíüøå ïîãðåøíîñòü òàéìåðîâ, òåì áîëüøàÿ äëèíà ïàêåòà ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ ïåðåäà÷è.
Ïðèíöèïû ðàáîòû ôîòîïðèåìíèêà Îñíîâíûì ýëåìåíòîì ÏÐÎÌ ÿâëÿåòñÿ ôîòîïðèåìíèê, èçãîòàâëèâàåìûé îáû÷íî èç ïîëóïðîâîäíèêîâîãî ìàòåðèàëà.  îñíîâå ðàáîòû ôîòîïðèåìíèêà ëåæèò ÿâëåíèå âíóòðåííåãî ôîòîýôôåêòà, ïðè êîòîðîì â ðåçóëüòàòå ïîãëîùåíèÿ ôîòîíîâ ñ ýíåðãèåé, ïðåâûøàþùåé ýíåðãèþ çàïðåùåííîé çîíû, ïðîèñõîäèò ïåðåõîä ýëåêòðîíîâ èç âàëåíòíîé çîíû â çîíó ïðîâîäèìîñòè (ãåíåðàöèÿ ýëåêòðîííî-äûðî÷íûõ ïàð). Ïðè íàëè÷èè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîòåíöèàëà ñ ïîÿâëåíèåì ýëåêòðîííî-äûðî÷íûõ ïàð îò âîçäåéñòâèÿ îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà ïîÿâëÿåòñÿ ýëåêòðè÷åñêèé òîê, îáóñëîâëåííûé äâèæåíèåì ýëåêòðîíîâ â çîíå ïðîâîäèìîñòè è äûðîê â âàëåíòíîé çîíå. Ýôôåêòèâíàÿ ðåãèñòðàöèÿ ãåíåðèðóåìûõ â ïîëóïðîâîäíèêå ýëåêòðîííî-äûðî÷íûõ ïàð îáåñïå÷èâàåòñÿ ïóòåì ðàçäåëåíèÿ íîñèòåëåé çàðÿäà. Äëÿ ýòîãî èñïîëüçóåòñÿ êîíñòðóêöèÿ ñ p-n ïåðåõîäîì, êîòîðàÿ íàçûâàåòñÿ ôîòîäèîäîì. Èç ôîòîïðèåìíèêîâ, ïðèìåíÿåìûõ ÂÎËÑ, ïîëó÷èëè ðàñïðîñòðàíåíèå p-i-n ôîòîäèîäû, ëàâèííûå ôîòîäèîäû, ôîòîòðàíçèñòîðû. Ðàññìîòðèì ïðèíöèïû ðàáîòû ôîòîïðèåìíèêà íà ïðèìåðå p-i-n ôîòîäèîäà, äëÿ êîòîðîãî õàðàêòåðíî íàëè÷èå i-ñëîÿ (ñëàáîëåãèðîâàííîãî ïîëóïðîâîäíèêà n-òèïà) ìåæäó ñëîÿìè p+è n+-òèïà (+ îçíà÷àåò ñèëüíîå ëåãèðîâàíèå), ðèñ. 4.7 à. Òàêæå i-ñëîé íàçûâàþò îáåäíåííûì ñëîåì, ïîñêîëüêó â íåì íåò ñâîáîäíûõ íîñèòåëåé. Íà p-i-n ñòðóêòóðó ïîäàåòñÿ íàïðÿæåíèå ñ îáðàòíûì ñìåùåíèåì Uo (ïî ñðàâíåíèþ ñî ñâåòîèçëó÷àþùèì äèîäîì). Ñèëüíîå ëåãèðîâàíèå êðàéíèõ ñëîåâ äåëàåò èõ ïðîâîäÿùèìè, è ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ (ãðàäèåíò ïîòåíöèàëà) ñîçäàåòñÿ â i-ñëîå. Íî ïîñêîëüêó íåò ñâîáîäíûõ íîñèòåëåé â i-ñëîå, íåò è ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà, òàê ÷òî i-ñëîé èñïûòûâàåò òîëüêî ïîëÿðèçàöèþ. Ïðè íàëè÷èè ïàäàþùåãî èçëó÷åíèÿ íà i-ñëîé, â íåì îáðàçóþòñÿ ñâîáîäíûå ýëåêòðîííî-äûðî÷íûå ïàðû. Îíè ïîä äåé-
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
79
ñòâèåì ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ áûñòðî ðàçäåëÿþòñÿ è äâèãàþòñÿ â ïðîòèâîïîëîæíûõ íàïðàâëåíèÿõ ê ñâîèì ýëåêòðîäàì, îáðàçóÿ ýëåêòðè÷åñêèé òîê. Ýôôåêòèâíûì ÿâëÿåòñÿ âçàèìîäåéñòâèå èçëó÷åíèÿ òîëüêî ñ i-ñëîåì, òàê êàê ïðè ïîïàäàíèè ôîòîíîâ â p+- è n+-ñëîè âîçíèêàåò äèôôóçèîííûé òîê, êîòîðûé èìååò áîëüøóþ èíåðöèîííîñòü è óõóäøàåò áûñòðîäåéñòâèå. Ïîýòîìó ïðè èçãîòîâëåíèè ôîòîäèîäîâ ñòðåìÿòñÿ äåëàòü p+- è n+-ñëîè êàê ìîæíî òîíüøå, à îáåäíåííóþ îáëàñòü äîñòàòî÷íî áîëüøîé ïðîòÿæåííîñòè, ÷òîáû îíà ïîëíîñòüþ ïîãëîùàëà âåñü ïàäàþùèé ñâåò.
Электрический ток идет до тех пор, пока образуются электронно-дырочные пары
+
p -слой
+
+
p -слой
i-слой
+
-
+
-
Лавинообразное умножение
n -слой
U
i-слой
p-слой
+
Свет образует электронно-дырочные пары
n -слой
U Uo
Uo
а)
Параметр геометрии
б)
Параметр геометрии
Ðèñ. 4.7. Ñòðóêòóðà, âêëþ÷åíèå è ðàñïðåäåëåíèå ïîòåíöèàëà: à) p-i-n ôîòîäèîäà; á) ëàâèííîãî ôîòîäèîäà
Ôîòîäèîäû ìîãóò èçãîòàâëèâàòüñÿ èç ðàçíûõ ìàòåðèàëîâ. Ðàáî÷èå äèàïàçîíû äëèí âîëí, â êîòîðûõ äîñòèãàåòñÿ ìàêñèìàëüíàÿ ýôôåêòèâíîñòü ôîòîäèîäîâ äëÿ ðàçíûõ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ìàòåðèàëîâ, ïðèâåäåíû â òàáë. 4.2. Ýôôåêòèâíîñòü (êâàíòîâàÿ) îáåäíåííîé îáëàñòè â ðàáî÷åì äèàïàçîíå äëèí âîëí äîñòàòî÷íî âûñîêà ~ 80-100%. Îäíàêî ÷àñòü ïàäàþùåãî èçëó÷åíèÿ èñïûòûâàåò ôðåíåëåâñêîå îòðàæåíèå îò ôîòî÷óâñòâèòåëüíîé ïîâåðõíîñòè èç-çà ñêà÷êà ïîêàçàòåëåé ïðåëîìëåíèÿ íà ãðàíèöå ìåæäó ýòîé ïîâåðõíîñòü è ñðåäîé. Äëÿ óìåíüøåíèÿ îòðàæåíèÿ ïðèåìíóþ ïîâåðõíîñòü îáåäíåííîãî ñëîÿ ïîêðûâàþò àíòèîòðàæàþùèì ñëîåì – ñïåöèàëüíî ïîäîáðàííûì ïðîçðà÷íûì äëÿ äëèíû âîëíû èçëó÷åíèÿ λ ìàòåðèàëîì òîëùèíîé êðàòíîé λ 4 è ïîêàçàòåëåì ïðåëîìëåíèÿ, ðàâíûì
n 1 n 2 , ãäå n 1 è n 2
– ïîêàçàòåëè ïðåëîìëåíèÿ i-ñëîÿ è âîçäóõà.
Òàáëèöà 4.2. Ýëåìåíòû è êîìïîçèöèîííûå ìàòåðèàëû, èñïîëüçóåìûå äëÿ ñîçäàíèÿ ôîòîïðèåìíèêîâ ðàçëè÷íûõ äëèí âîëí [4] Ìàòåðèàë
Äèàïàçîí ïðèíèìàåìûõ äëèí âîëí
Êðåìíèé
400-1000
Ãåðìàíèé
600-1600
GaAs
800-1000
InGaAs
1000-1700
InGaAsP*
1100-1600
λ , íì
* – çàâèñèò îò ñòåïåíè ëåãèðîâàíèÿ
80
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ôîòîïðèåìíèêîâ Ôàêòîðû, âëèÿþùèå íà òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ôîòîïðèåìíèêîâ, ñëîæíû è ñèëüíî âçàèìîñâÿçàíû ìåæäó ñîáîé. Íà ïåðâûé âçãëÿä ìîæåò ïîêàçàòüñÿ, ÷òî äîñòàòî÷íî âûáðàòü òîëüêî òðè ïàðàìåòðà – ÷óâñòâèòåëüíîñòü, áûñòðîäåéñòâèå, öåíó. Íà ïðàêòèêå ýòè ôàêòîðû ÷àñòî îêàçûâàþòñÿ çàâèñÿùèìè îò äðóãèõ ôàêòîðîâ, âêëþ÷àÿ ðàáî÷óþ äëèíó âîëíû, âûáîð âîëîêíà è ïåðåäàò÷èêà, òåìíîâîé òîê, øóìîâûå õàðàêòåðèñòèêè, òèï êîäèðîâêè ïåðåäàâàåìîãî ñèãíàëà è äð. Íèæå ðàññìîòðåíû ãëàâíûå èç íèõ: òîêîâàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü; êâàíòîâàÿ ýôôåêòèâíîñòü; òåìíîâîé òîê; âðåìÿ íàðàñòàíèÿ è ñïàäà; ýêâèâàëåíòíàÿ ìîùíîñòü øóìà; ñîîòíîøåíèå ñèãíàë/øóì è ÷óâñòâèòåëüíîñòü àíàëîãîâûõ ñèñòåì; ÷àñòîòà ïîÿâëåíèÿ îøèáîê è ÷óâñòâèòåëüíîñòü öèôðîâûõ ñèñòåì; íàñûùåíèå ÏÐÎÌ; ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîå îáðàòíîå íàïðÿæåíèå; ðàáî÷èé äèàïàçîí òåìïåðàòóð; íàðàáîòêà íà îòêàç. Òîêîâàÿ
÷óâñòâèòåëüíîñòü
S ph
(ìîíîõðîìàòè÷åñêàÿ)
(À/Âò)
îïðåäåëÿåòñÿ
êàê
S ph = I ph P(λ ), ãäå I ph – ôîòîòîê, à P(λ ) – ïîëíàÿ îïòè÷åñêàÿ ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ íà äëèíå âîëíû λ , ïàäàþùåãî íà ôîòî÷óâñòâèòåëüíóþ ïëîùàäêó. Òîêîâàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü õàðàêòåðèçóåò ôîòîïðèåìíèê ïðè íèçêèõ ÷àñòîòàõ ìîäóëÿöèè. Êâàíòîâàÿ ýôôåêòèâíîñòü ãäå
N ph –
η
(áåçðàçìåðíàÿ âåëè÷èíà) îïðåäåëÿåòñÿ êàê
êîëè÷åñòâî ôîòîíîâ, ïàäàþùèõ çà åäèíèöó âðåìåíè íà ïðèåìíèê, à
η = N e N ph , Ne
– êîëè÷å-
ñòâî ðîæäåííûõ â ðåçóëüòàòå ýòîãî ñâîáîäíûõ ýëåêòðîíîâ (èëè ýëåêòðîííî-äûðî÷íûõ ïàð). Êâàíòîâàÿ ýôôåêòèâíîñòü äëÿ p-i-n ôîòîäèîäîâ íå ìîæåò áûòü áîëüøå 1 (100%). Êðèâûå êâàíòîâîé ýôôåêòèâíîñòè â çàâèñèìîñòè îò äëèíû âîëíû äëÿ ðàçíûõ ìàòåðèàëîâ ïðèâåäåíû íà ðèñ. 4.8. Ìåæäó òîêîâîé ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ è êâàíòîâîé ýôôåêòèâíîñòüþ ñóùåñòâóåò ïðîñòàÿ ñâÿçü
S ph =
eλ η, hc
ãäå e – çàðÿä ýëåêòðîíà (1,60⋅10–19 Ê),
Ïëàíêà (6,63⋅10–34 Äæ⋅ñåê), êîíñòàíò ïîëó÷àåì
S ph =
с
λ
– äëèíà âîëíû,
h–
ïîñòîÿííàÿ
– ñêîðîñòü ñâåòà (3,00⋅108 ì⋅ñåê–1). Ñ ïîäñòàíîâêîé çíà÷åíèé
λ η. 1,24
Íà îñíîâàíèè çàâèñèìîñòåé ðèñ. 4.8 ëåãêî îöåíèòü çíà÷åíèÿ
òîêîâîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè äëÿ ðàçíûõ ìàòåðèàëîâ è ðàçíûõ äëèí âîëí. Òèïè÷íîå çíà÷åíèå òîêîâîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè äëÿ p-i-n ôîòîäèîäîâ â èõ ðàáî÷èõ äèàïàçîíàõ ñîñòàâëÿåò 0,5-0,8 À/Âò, à äëÿ ëàâèííûõ ôîòîäèîäîâ 20-60 À/Âò (òàáë. 4.3). Õàðàêòåðèñòèêè η è S ph èñïîëüçóþò ïðè ñîçäàíèè ÏÐÎÌ, êîãäà íåîáõîäèìî ñîãëàñîâû-
Квантовая эффективность η (%)
âàòü ïîñëåäóþùèé êàñêàä ýëåêòðîííûõ óñèëèòåëåé.
100
80
Ge
InGaAs
Si
InGaAsP
60
40
20 0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
Длина волны λ (мкм)
Ðèñ. 4.8. Çàâèñèìîñòü êâàíòîâîé ýôôåêòèâíîñòè îò äëèíû âîëíû äëÿ ðàçëè÷íûõ ìàòåðèàëîâ [4]
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
81
Òåìíîâîé òîê
Id
(À) ïðîòåêàåò ïðè îáðàòíîì ñìåùåíèè ÷åðåç íàãðóçêó â îòñóòñòâèè ïà-
äàþùåãî íà ôîòîäèîä èçëó÷åíèÿ. Åãî âåëè÷èíà çàâèñèò îò ìàòåðèàëà ïîëóïðîâîäíèêà, òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé ñðåäû, êîíñòðóêöèè ôîòîïðèåìíèêà. Ìàêñèìàëüíûå çíà÷åíèÿ ýòîò òîê óòå÷êè èìååò â ôîòîäèîäàõ, èçãîòîâëåííûõ èç ãåðìàíèÿ, è ñîñòàâëÿåò îò äîëåé äî åäèíèö ìèëëèàìïåðà (òàáë. 4.3). Ýòîò òîê äîáàâëÿåòñÿ ê òîêó ïîëåçíîãî ñèãíàëà, êîãäà íà ôîòîäèîä ïîñòóïàåò ñâåò. Äëÿ èçó÷åíèÿ øóìîâûõ õàðàêòåðèñòèê ïðèåìíèêà èñïîëüçóþòñÿ òàêæå åùå äâà øóìîâûõ òîêà: äðîáîâîé òîê
I sn
– äëÿ p-i-n ôîòîäèîäà
I sn = (2eI d B)
12
, ãäå e – çàðÿä ýëåêòðîíà,
Id –
òåìíîâîé òîê, B – ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ (÷àñòîòà ìîäóëÿöèè); è òåïëîâîé Äæîíñîíîâñêèé òîê
I jn = (4KTB R )1 2 , ãäå К – ïîñòîÿííàÿ Áîëüöìàíà (1,38⋅10–23 òåìïåðàòóðà (Ê), B – ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ, R – ñîïðîòèâëåíèå (Îì),
Ijn,
–
Äæ⋅Ê–1),
T
– àáñîëþòíàÿ
[7]. Ïîëíûé øóìîâîé òîê
2 I n îïðåäåëÿåòñÿ, êàê ñðåäíåå êâàäðàòè÷íîå äðîáîâîãî è òåïëîâîãî òîêîâ I n = (I sn + I 2jn )
12
Âðåìÿ íàðàñòàíèÿ τ rise (ñïàäà
τ fall )
.
– ýòî ñàìàÿ âàæíàÿ äèíàìè÷åñêàÿ õàðàêòåðèñòèêà
ôîòîïðèåìíèêà. Îíà îïðåäåëÿåòñÿ êàê âðåìÿ, íåîáõîäèìîå âûõîäíîìó ñèãíàëó, ÷òîáû âîçðàñòè îò óðîâíÿ 0,1 äî 0,9 (óïàñòü îò 0,9 äî 0,1) îò óñòàíîâèâøåãîñÿ ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ ïðè óñëîâèè, ÷òî íà âõîä ïîäàþòñÿ ñòðîãî ïðÿìîóãîëüíûå èìïóëüñû ñâåòà áîëüøîé äëèòåëüíîñòè. Ýòè âðåìåíà çàâèñÿò îò ãåîìåòðèè ôîòîäèîäà, ìàòåðèàëà, íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ â ñëàáîëåãèðîâàííîé îáëàñòè, òåìïåðàòóðû. Ìàêñèìàëüíàÿ èç äâóõ âåëè÷èí (îáû÷íî τ rise ) áåðåòñÿ â êà÷åñòâå õàðàêòåðèñòèêè âðåìåíè îòêëèêà ôîòîïðèåìíèêà. Ñ óâåëè÷åíèåì ÷àñòîòû ìîäóëÿöèè âõîäíûõ îïòè÷åñêèõ èìïóëüñîâ ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå ôîòîòîêà óìåíüøàåòñÿ. Ïðåäåëüíàÿ ÷àñòîòà îïðåäåëÿåòñÿ êàê ÷àñòîòà ìîäóëÿöèè, ïðè êîòîðîé òîêîâàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ñîñòàâëÿåò 0,707 îò çíà÷åíèÿ òîêîâîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè ïðè íèçêèõ ÷àñòîòàõ ìîäóëÿöèè. Åñëè âíóòðåííèå çàäåðæêè ïðÿìî íå âëèÿþò íà ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ èëè ñêîðîñòü ïåðåäà÷è, òî âðåìåíà íàðàñòàíèÿ è ñïàäà ãëàâíûì îáðàçîì îïðåäåëÿþò ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ. Ðàçëè÷íûå ôîòîïðèåìíèêè ìîãóò î÷åíü ñèëüíî îòëè÷àòüñÿ ïî áûñòðîäåéñòâèþ (òàáë. 4.3). Íàèáîëåå áûñòðûìè ÿâëÿþòñÿ p-i-n ôîòîäèîäû. Ó ëàâèííûõ ôîòîäèîäîâ óâåëè÷åíèå êîýôôèöèåíòà óìíîæåíèÿ ñîïðîâîæäàåòñÿ óìåíüøåíèåì áûñòðîäåéñòâèÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ p-i-n ôîòîäèîäàìè. Íàèáîëåå ìåäëåííûìè ÿâëÿþòñÿ ôîòîòðàíçèñòîðû.
Òàáëèöà 4.3. Òèïîâûå õàðàêòåðèñòèêè ôîòîïðèåìíèêîâ Òîêîâàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü, À/Âò
Òåìíîâîé òîê, íÀ
Âðåìÿ íàðàñòàíèÿ, íñ
p-i-n ôîòîäèîä (InGaAs)
0,8
0,1-3
0,01-5
p-i-n ôîòîäèîä (Si)
0,5
10
0,1-5
Ëàâèííûé ôîòîäèîä (InGaAs)
20-60
30
0,3
Ëàâèííûé ôîòîäèîä (Ge)
20-60
400
0,3-1
18
25
2500
Ôîòîïðèåìíèê
Ôîòîòðàíçèñòîð (Si)
Ýêâèâàëåíòíàÿ ìîùíîñòü øóìà
Pn (Âò)
– ýòî îäíà èç íàèáîëåå âàæíûõ õàðàêòåðèñòèê,
ó÷èòûâàþùèõ øóìîâûå ñâîéñòâà ôîòîïðèåìíèêîâ. Îíà îïðåäåëÿåò ìèíèìàëüíóþ ìîùíîñòü îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà íà âõîäå ôîòîïðèåìíèêà, ïðè êîòîðîé îòíîøåíèå ñèãíàë/øóì ðàâíî åäèíèöå, è âû÷èñëÿþòñÿ ïî ôîðìóëå Pn = I n / S ph , ãäå I n – ïîëíûé øóìîâîé òîê. Ïî îïðåäåëåíèþ, ýêâèâàëåíòíàÿ ìîùíîñòü øóìà ïðîïîðöèîíàëüíà êâàäðàòíîìó êîðíþ èç ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ. Pn ìîæíî ïðîíîðìèðîâàòü, ïîäåëèâ íà
B.
Òàêàÿ íîðìèðîâàííàÿ ýêâèâàëåíòíàÿ
ìîùíîñòü øóìà èìååò ðàçìåðíîñòü Âò/Ãö1/2 è íå çàâèñèò îò ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ. Íàïðèìåð, åñëè ôîòîäèîä èìååò òåìíîâîé òîê 2 íÀ, äðîáîâîå ñîïðîòèâëåíèå R= 5⋅108 Îì, òîêîâóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü S ph = 0,5 À/Âò, è ïîëíóþ ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ B =1 Ãö, òî äðî-
82
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
áîâîé òîê
I sn = 2,5⋅10–14 A, òåïëîâîé òîê I jn = 5,6⋅10–15 A, ïîëíûé øóìîâîé òîê I n = 2,6⋅10–14 A,
è ýêâèâàëåíòíàÿ ìîùíîñòü øóìà
Pn = 5,1⋅10–14 Âò.
 ôîòîïðèåìíèêàõ, ïðèìåíÿþùèõñÿ â ÂÎËÑ, èìååò ìåñòî äîìèíèðîâàíèå äðîáîâîãî òîêà íàä òåïëîâûì, ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî íà ôîòîïðèåìíèê ïîäàåòñÿ îáðàòíî ñìåùåííîå íàïðÿæåíèå, ïðèâîäÿùåå ê òåìíîâîìó òîêó, êîòîðûé, â ñâîþ î÷åðåäü, âëèÿåò íà äðîáîâîé òîê. Òîëüêî ïðè íóëåâîì íàïðÿæåíèè ñìåùåíèÿ òåìíîâîé è, ñëåäîâàòåëüíî, äðîáîâîé òîêè îòñóòñòâóþò. Ãëàâíàÿ ôóíêöèÿ ôîòîïðèåìíèêà – ýòî êàê ìîæíî áîëåå òî÷íîå âîñïðîèçâåäåíèå îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà, ïîëó÷àåìîãî èç âîëîêíà. Äâå ôóíäàìåíòàëüíûå õàðàêòåðèñòèêè âëèÿþò íà òî, êàê õîðîøî ôîòîïðèåìíèê ñïðàâëÿåòñÿ ñ ýòîé çàäà÷åé: àìïëèòóäà âõîäíîãî ñèãíàëà è óðîâåíü øóìîâ. Ñîîòíîøåíèå ñèãíàë/øóì è ÷óâñòâèòåëüíîñòü àíàëîãîâûõ ñèñòåì. Äëÿ àíàëîãîâûõ ñèñòåì îòíîøåíèå ñèãíàë/øóì èçìåðÿåòñÿ êîëè÷åñòâåííî. Íà ïðàêòèêå ïðèåìëåìîå ñîîòíîøåíèå ñèãíàë/øóì çàâèñèò îò ïðèëîæåíèÿ – äëÿ îäíèõ õîðîøèì ñîîòíîøåíèåì ìîæåò áûòü âåëè÷èíà 50-60 äÁ, äëÿ äðóãèõ 30 äÁ. Çíàÿ Pn è òðåáîâàíèÿ ê îòíîøåíèþ ñèãíàë/øóì, ìîæíî îïðåäåëèòü ìèíèìàëüíûé âõîäíîé ñèãíàë
Pn _ min
– ÷óâñòâèòåëüíîñòü àíàëîãîâîãî ÏÐÎÌ, ïðè
êîòîðîì âíîñèìûå èñêàæåíèÿ è øóìû áóäóò â ïðåäåëàõ íîðìû. Ýòîò ïàðàìåòð óêàçûâàåòñÿ ïðîèçâîäèòåëÿìè äëÿ ôîòîïðèåìíèêîâ ïðè ïîñòàâêå ñåòåâîãî îáîðóäîâàíèÿ ñ âïîëíå îïðåäåëåííîé îáëàñòüþ ïðèëîæåíèÿ. Åñëè âõîäíîé ñèãíàë íèæå ÷óâñòâèòåëüíîñòè ïðèåìíèêà, òî ñîîòíîøåíèå ñèãíàë/øóì ìîæåò áûòü íå äîñòàòî÷íî áîëüøèì, ÷òîáû êîððåêòíî âûïîëíÿëîñü äàííîå ïðèëîæåíèå. Ïðèíÿòîé åäèíèöåé èçìåðåíèÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòè ôîòîïðèåìíèêîâ, òàêæå êàê ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ ó ñâåòîèçëó÷àþùèõ äèîäîâ, ÿâëÿåòñÿ äÁì.
Частота появления ошибок
×àñòîòà ïîÿâëåíèÿ îøèáîê è ÷óâñòâèòåëüíîñòü öèôðîâûõ ñèñòåì.  öèôðîâûõ ñèñòåìàõ, êîãäà èíôîðìàöèÿ ïåðåäàåòñÿ áèòàìè, ìåðîé êà÷åñòâà ïðèíÿòîãî ñèãíàëà ÿâëÿåòñÿ âåðîÿòíîñòü íåêîððåêòíîé ïåðåäà÷è 0 èëè 1, êîòîðàÿ íàçûâàåòñÿ ÷àñòîòîé ïîÿâëåíèÿ îøèáîê BER. Îíà îïðåäåëÿåòñÿ êàê îòíîøåíèå íåïðàâèëüíî ïðèíÿòûõ áèòîâ ê ïîëíîìó ÷èñëó ïðèíÿòûõ áèòîâ. ×àñòîòà ïîÿâëåíèÿ îøèáîê î÷åíü ðåçêî çàâèñèò îò ìîùíîñòè âõîäíîãî ñèãíàëà, ðèñ. 4.9.  îïðåäåëåííîì äèàïàçîíå óìåíüøåíèå íà 5 äÁ àìïëèòóäû âõîäíîãî -4 ñèãíàëà ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ BER 10 ñ 10–12 äî 10–3. Óäîâëåòâîðèòåëüíîå çíà÷åíèå BER, òàêæå êàê è ñîîòíîøå-6 10 íèå ñèãíàë/ øóì, ìîæåò áûòü ðàçíûì äëÿ ðàçíûõ ïðèëîæåíèé.  öèôðîâûõ 10-8 ñèñòåìàõ, ïðèìåíÿåìûõ äëÿ íóæä òåСкорость передачи ëåêîììóíèêàöèé, BER äîëæíà áûòü 10 25 50 60 данных (Мбит/с) íå áîëüøå 10–9.  âû÷èñëèòåëüíûõ 10-10 ñåòÿõ òðåáîâàíèÿ ê BER áîëåå âûñîêèå 10–12. BER çàâèñèò îò ñêîðîñòè 10-12 ïåðåäà÷è – ÷åì ìåíüøå ñêîðîñòü ïåðåäà÷è, òåì ìåíüøå BER. -38 -36 -34 -32 -30 ×óâñòâèòåëüíîñòüþ öèôðîâîãî ÏÐÎÌ íàçûâàåòñÿ ìèíèìàëüíàÿ Ðèñ. 4.9. ×àñòîòà ïîÿâëåíèÿ îøèáîê ìîùíîñòü âõîäíîãî ñèãíàëà, ïðè êîêàê ôóíêöèÿ ìîùíîñòè òîðîé BER íå âûõîäèò çà ðàìêè ìàêñèìàëüíîãî äîïóñòèìîãî çíà÷åíèÿ, óñòàíîâëåííîãî äëÿ äàííîãî ïðèëîæåíèÿ. Äëÿ íîðìàëüíîé ðàáîòû ïðèëîæåíèÿ ìîùíîñòü âõîäíîãî îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà äîëæíà áûòü íå ìåíüøå ÷óâñòâèòåëüíîñòè ÏÐÎÌ. ×óâñòâèòåëüíîñòü öèôðîâûõ ïðèåìíèêîâ òàêæå ïðèíÿòî èçìåðÿòü â äÁì. Мощность сигнала на приеме (дБм)
Íàñûùåíèå ÏÐÎÌ.  àíàëîãîâûõ ÏÐÎÌ êàñêàä ýëåêòðîííûõ óñèëèòåëåé èìååò ó÷àñòîê ëèíåéíîãî óñèëåíèÿ, ÷òî îçíà÷àåò ëèíåéíóþ çàâèñèìîñòü àìïëèòóäû âûõîäíîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ñèãíàëà îò âõîäíîé îïòè÷åñêîé ìîùíîñòè. Ýòî ñïðàâåäëèâî äî òåõ ïîð, ïîêà âõîäíîé ñèãíàë íå ïðåâûøàåò îïðåäåëåííîãî çíà÷åíèÿ, êîòîðîå íàçûâàåòñÿ íàñûùåíèåì ÏÐÎÌ.  öèôðîâûõ ÏÐÎÌ ðàáîòà êàñêàäà óñèëèòåëåé â íåëèíåéíîé îáëàñòè íå ñòîëü îïàñíà, îäíàêî ïðè áîëüøèõ âõîäíûõ îïòè÷åñêèõ ñèãíàëàõ ìîãóò ïðîÿâëÿòüñÿ "õâîñòû" ôîòîòîêà, îñòàþùèåñÿ äàæå òîãäà, êîãäà íà ôîòîïðèåìíèê óæå íå ïîäàåòñÿ ñèãíàë.  òàêîé ñèòóàöèè íóëåâîé ñèãíàë íà âõîäå, ñëåäóþùèé íåïîñðåäñòâåííî çà åäèíèöåé, ìîæåò íåïðàâèëüíî èíòåðïðåòèðîâàòüñÿ,
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
83
÷òî ïðèâîäèò ê ðîñòó ÷àñòîòû ïîÿâëåíèÿ îøèáîê. Íàñûùåíèåì öèôðîâîãî ÏÐÎÌ íàçûâàåòñÿ ìàêñèìàëüíàÿ âõîäíàÿ ìîùíîñòü, âûøå êîòîðîãî BER íà÷èíàåò ïðåâîñõîäèòü ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìóþ âåëè÷èíó äëÿ äàííîãî ïðèëîæåíèÿ. Äèàïàçîí çíà÷åíèé ìîùíîñòè îò ÷óâñòâèòåëüíîñòè äî íàñûùåíèÿ ÏÐÎÌ íàçûâàåòñÿ äèíàìè÷åñêèì äèàïàçîíîì ÏÐÎÌ. Ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîå îáðàòíîå íàïðÿæåíèå
Ur –
ýòî íàïðÿæåíèå, ïðåâûøåíèå êî-
òîðîãî ìîæåò ïðèâåñòè ê ïðîáîþ ôîò\îïðèåìíèêà è åãî ðàçðóøåíèþ. Íàðÿäó ñ ýòèì çíà÷åíèåì èëè âìåñòî íåãî èçãîòîâèòåëè ôîòîïðèåìíèêîâ ìîãóò óêàçûâàòü ïðîñòî îáðàòíîå ðàáî÷åå íàïðÿæåíèå. Åñëè âûáðàòü ìåíüøåå çíà÷åíèå ðàáî÷åãî íàïðÿæåíèÿ, òî áóäåò îãðàíè÷åíà îáëàñòü ëèíåéíîé õàðàêòåðèñòèêè ôîòîïðèåìíèêà. Ðàáî÷èé äèàïàçîí òåìïåðàòóð (OÑ). Åñòü äâå õàðàêòåðèñòèêè, íà êîòîðûå ñèëüíî âëèÿåò èçìåíåíèå ðàáî÷åé òåìïåðàòóðû ôîòîïðèåìíèêà. Âî ïåðâûõ, ýòî êâàíòîâàÿ ýôôåêòèâíîñòü, êîòîðàÿ ìîæåò âåñòè ñåáÿ â îáùåì ñëó÷àå äîâîëüíî ñëîæíûì îáðàçîì ñ èçìåíåíèåì òåìïåðàòóðû. Íàïðèìåð, íà ðèñ. 4.10 à ïîêàçàíà çàâèñèìîñòü êâàíòîâîé ýôôåêòèâíîñòè ôîòîäèîäà íà îñíîâå êðåìíèÿ. Ïî ãîðèçîíòàëüíîé îñè îòëîæåíà äëèíà âîëíû ïàäàþùèõ ôîòîíîâ, ïî âåðòèêàëüíîé îòíîñèòåëüíîå ïðîöåíòíîå èçìåíåíèå êâàíòîâîé ýôôåêòèâíîñòè ïðè óâåëè÷åíèè òåìïåðàòóðû íà 1 ãðàäóñ. Èç ðèñóíêà âèäíî, ÷òî åñëè äëèíà âîëíû ìåíüøå 600 íì, òî ñ ðîñòîì òåìïåðàòóðû êâàíòîâàÿ ýôôåêòèâíîñòü ïàäàåò, à ïðè λ >600 íì êâàíòîâàÿ ýôôåêòèâíîñòü óâåëè÷èâàåòñÿ ñ ðîñòîì òåìïåðàòóðû. Âî âòîðûõ, ðîñò òåìïåðàòóðû ïðèâîäèò ê ýêñïîíåíöèàëüíîìó ðîñòó òåðìè÷åñêèõ âîçáóæäåííûõ ýëåêòðîííî-äûðî÷íûõ ïàð, â ðåçóëüòàòå ÷åãî òàêæå ýêñïîíåíöèàëüíî âîçðàñòàåò òåìíîâîé òîê, ðèñ. 4.10 á. Óòå÷êà òîêà óäâàèâàåòñÿ ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû íà 8-10oC.
1,0 0,8
0,4
-0,4
Длина волны λ (нм)
à)
1100
1000
900
800
-0,2
700
0
600
0,2
500
(∆T=1oC)
400
∆η/η (%)
0,6
Темновой ток (относительные единицы)
1,2
1000
100
10
1 0
50
100
Температура (оС)
á)
Ðèñ. 4.10. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè êâàíòîâîé ýôôåêòèâíîñòè è òåìíîâîãî òîêà: à) îòíîñèòåëüíîå èçìåíåíèå êâàíòîâîé ýôôåêòèâíîñòè ïðè èçìåíåíèè òåìïåðàòóðû íà 1OC äëÿ ðàçíûõ äëèí âîëí; á) çàâèñèìîñòü òåìíîâîãî òîêà îò òåìïåðàòóðû
Íàðàáîòêà íà îòêàç (òûñ. ÷àñîâ). Ïðè ïðàâèëüíîé ýêñïëóàòàöèè ðåñóðñ ôîòîïðèåìíèêîâ çíà÷èòåëüíî âûøå, ÷åì ó ñâåòîèçëó÷àþùèõ äèîäîâ.
Ëàâèííûé ôîòîäèîä Ïðèíöèï ðàáîòû. Ãëàâíûì îòëè÷èåì ëàâèííîãî ôîòîäèîäà (ËÔÄ) îò îáû÷íîãî ôîòîäèîäà ÿâëÿåòñÿ âíóòðåííåå óñèëåíèå ñèãíàëà, áàçèðóåìîå íà ëàâèííîì ýëåêòðîííîì óìíîæåíèè ñèãíàëà. Åñëè ñòðóêòóðà ñëîåâ ó îáû÷íîãî ôîòîäèîäà èìååò âèä p+-i-n+, òî ó ËÔÄ äîáàâëÿåòñÿ p-ñëîé (p+-i-p-n+), ðèñ. 4.7 á. Ïðè÷åì ïðîôèëü ðàñïðåäåëåíèÿ ëåãèðóþùèõ ïðèìåñåé âûáèðàåòñÿ òàê, ÷òîáû íàèáîëüøåå ñîïðîòèâëåíèå, à ñëåäîâàòåëüíî, è íàèáîëüøóþ íàïðÿæåííîñòü ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ èìåë p-ñëîé. Ïðè âîçäåéñòâèè ñâåòà íà i-ñëîé îáðàçóþòñÿ ýëåêòðîííî-äûðî÷íûå ïàðû. Áëàãîäàðÿ íåáîëüøîìó ïîëþ, ïðîèñõîäèò íàïðàâëåííîå äâèæåíèå íîñèòåëåé ê ñîîòâåòñòâóþùèì ïîëþñàì. Ïðè ïîïàäàíèè ñâîáîäíûõ ýëåêòðîíîâ èç i-ñëîÿ â pñëîé èõ óñêîðåíèå ñòàíîâèòñÿ áîëåå îùóòèìûì èç-çà âûñîêîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ â p-ñëîå. Óñêîðÿÿñü â çîíå ïðîâîäèìîñòè p-ñëîÿ, òàêèå ýëåêòðîíû íàêàïëèâàåò ýíåðãèþ äîñòàòî÷íóþ,
84
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
÷òîáû âûáèòü (âîçáóäèòü) äðóãèå ýëåêòðîíû èç âàëåíòíîé çîíû â çîíó ïðîâîäèìîñòè. Ýòîò ïðîöåññ íîñèò íàçâàíèå ëàâèííîãî óñèëåíèÿ èëè óìíîæåíèÿ ïåðâè÷íîãî ôîòîòîêà. Êîýôôèöèåíò óìíîæåíèÿ ñîñòàâëÿåò íåñêîëüêî äåñÿòêîâ, ïîýòîìó òîêîâàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ËÔÄ çíà÷èòåëüíî âûøå òîêîâîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè p-i-n ôîòîäèîäîâ. Êîýôôèöèåíò óìíîæåíèÿ M îïðåäåëÿåòñÿ ïî ýìïèðè÷åñêîé ôîðìóëå
(
M = 1 1 − (U U b )
n
), ãäå U – íàïðÿæåíèå âíåøíåãî
Коэффициент умножения, M
îáðàòíîãî ñìåùåíèÿ, Ub – íàïðÿæåíèå îáðàòíîãî ñìåùåíèÿ, ïðè êîòîðîì íàñòóïàåò ýëåêòðè÷åñêèé ïðîáîé (breakdown) ôîòîäèîäà Нормальная рабочая область – îáû÷íî ýòî íàïðÿæåíèå ïîðÿäêà напряжений 100 Â, íî ìîæåò äîñòèãàòü â íåêîòîðûõ 1000 óñòðîéñòâàõ íåñêîëüêèõ ñîò âîëüò, n – ÷èñëî â äèàïàçîíå îò 3 äî 6, ðèñ. 4.11. 500 ËÔÄ èìåþò âûñîêîå áûñòðîäåé200 ñòâèå, îäíàêî ñëó÷àéíàÿ ïðèðîäà ëàâèííîãî òîêà ïðèâîäèò ê øóìó.  îòëè100 ÷èå îò ïîëåçíîãî ñèãíàëà, êîòîðûé 50 óñèëèâàåòñÿ ïðîïîðöèîíàëüíî M, øóì óñèëèâàåòñÿ áûñòðåå (ïðèáëèçèòåëüíî 20 êàê M2,1).  ðåçóëüòàòå ýòîãî âûáèðà10 åòñÿ îïòèìàëüíîå çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà óìíîæåíèÿ M, îáû÷íî â ïðåäåëàõ 5 îò 30 äî 100. 2 Îñîáåííîñòüþ ðàáîòû ËÔÄ ÿâëÿþòñÿ áîëåå âûñîêîå ðàáî÷åå íàïðÿ1 æåíèå ïî ñðàâíåíèþ ñ p-i-n ôîòîäèî0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 äàìè è ïîâûøåííàÿ òåìïåðàòóðíàÿ Относительное напряжение (U/Ub) ÷óâñòâèòåëüíîñòü êîýôôèöèåíòà óìíîÐèñ. 4.11. Çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà æåíèÿ. Ýòî òðåáóåò èñïîëüçîâàíèÿ ñïåöèàëüíîé ýëåêòðè÷åñêîé öåïè, âûóìíîæåíèÿ ëàâèííîãî ôîòîäèîäà ðàáàòûâàþùåé íåîáõîäèìîå ðàáî÷åå îò ðàáî÷åãî íàïðÿæåíèÿ íàïðÿæåíèå, à òàêæå ñèñòåìû òåðìîîáðàòíîãî ñìåùåíèÿ ñòàáèëèçàöèè.
Ýëåêòðîííûå ýëåìåíòû ÏÐÎÌ Âûõîäÿùèé ýëåêòðè÷åñêèé ñèãíàë îò ôîòîïðèåìíèêà óñèëèâàåòñÿ êàñêàäîì ýëåêòðîííûõ óñèëèòåëåé è, âîçìîæíî, èñïûòûâàåò îïðåäåëåííóþ îáðàáîòêó. Îñíîâíûå ôóíêöèè, êîòîðûå âûïîëíÿåò ÏÐÎÌ íà ýòîì ýòàïå: ýëåêòðîííîå ïðåäóñèëåíèå è óñèëåíèå, âûðàâíèâàíèå, ôèëüòðàöèÿ, äèñêðèìèíàöèÿ, ñèíõðîíèçàöèÿ è ðàáîòà òàéìåðà. Ýëåêòðîííîå ïðåäóñèëåíèå è óñèëåíèå. Òèïîâîå çíà÷åíèå îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà íà âõîäå ôîòîïðèåìíèêà ñîñòàâëÿåò 1-10 ìêÂò, à èíîãäà è ìåíüøå. Åñëè òàêîé ñèãíàë îáðàáàòûâàåòñÿ p-i-n ôîòîäèîäîì ñ òîêîâîé ÷óâñòâèòåëüíîñòü îò 0,6 äî 0,8 À/Âò, òî âûõîäíîé òîê ñîñòàâèò íåñêîëüêî ìèêðîàìïåð, è íåîáõîäèìî ïîñëåäóþùåå åãî óñèëåíèå. Äîïóñêàåòñÿ îäíà èëè íåñêîëüêî ñòàäèé óñèëåíèÿ. Îáû÷íî óñèëèòåëü íà ïåðâîé ñòàäèè íàçûâàåòñÿ ïðåäóñèëèòåëåì. Åãî îñîáåííîñòüþ ÿâëÿåòñÿ íèçêèé óðîâåíü âíîñèìûõ øóìîâ. Äàëåå ñëåäóåò óñèëèòåëü ìîùíîñòè. Âûðàâíèâàíèå. Ïðèåì è óñèëåíèå ñèãíàëà ìîæåò íåñêîëüêî èçìåíÿòü îáðàáàòûâàåìûé ñèãíàë. Íàïðèìåð, êàñêàä ýëåêòðîííûõ óñèëèòåëåé, ïðèíèìàþùèé øèðîêîïîëîñíûé àíàëîãîâûé ñèãíàë, ìîæåò èìåòü ðàçíûé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ äëÿ âûñîêèõ è íèçêèõ ÷àñòîò. ×òîáû âîññòàíîâèòü ïðàâèëüíîå ñîîòíîøåíèå àìïëèòóä â íèçêîé è âûñîêîé îáëàñòÿõ ñïåêòðà, íåîáõîäèìî äîáàâèòü öåïü âûðàâíèâàíèÿ ñèãíàëà. Ôèëüòðàöèÿ ïîçâîëÿåò óâåëè÷èòü ñîîòíîøåíèå ñèãíàë/øóì ïîñðåäñòâîì èçáèðàòåëüíîãî (â îïðåäåëåííûõ äèàïàçîíàõ ÷àñòîò) ïîäàâëåíèÿ øóìà. ×àñòî, òàêèì îáðàçîì, ìîæíî ïîäàâèòü âûñîêî÷àñòîòíûå ãàðìîíèêè øóìà, çàâåäîìî çíàÿ, ÷òî ïîëåçíûé ñèãíàë íå ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ â ýòîé îáëàñòè ñïåêòðà. Äèñêðèìèíàöèÿ. Åñëè ïðåäûäóùèå òðè ôóíêöèè â ðàâíîé ñòåïåíè ìîãëè îòíîñèòüñÿ êàê ïðè îáðàáîòêå àíàëîãîâîãî ñèãíàëà, òàê è öèôðîâîãî, òî ôóíêöèÿ äèñêðèìèíàöèè ïðèìåíÿåòñÿ òîëüêî ïðè îáðàáîòêå öèôðîâûõ ñèãíàëîâ. Èç-çà íàëè÷èÿ äèñïåðñèè ïðè ðàñïðîñòðàíåíèè ñâåòà ïî âîëîêíó ïðèõîäÿùèå ôðîíòû èìïóëüñîâ ìîãóò ïîòåðÿòü ïåðâîíà÷àëüíóþ ïðÿìîóãîëüíóþ ôîðìó è ñòàòü ðàçìûòûìè. Íåîáõîäèìî âîññòàíîâèòü èõ ïðÿìîóãîëüíóþ ôîðìó. Äëÿ ýòîé ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
85
öåëè ïðåäíàçíà÷åíà öåïü ïðèíÿòèÿ ðåøåíèÿ èëè äèñêðèìèíàòîð, êîòîðûé èìååò ïîðîã ñðàáàòûâàíèÿ. Åñëè àìïëèòóäà ïîñòóïàþùåãî íà äèñêðèìèíàòîð ñèãíàëà ìåíüøå ïîðîãà, òî íà âûõîäå ñèãíàëà íåò (0), åñëè æå ïðåâîñõîäèò ïîðîã, òî íà âûõîäå èäåò ñèãíàë îïðåäåëåííîé àìïëèòóäû (1). Ãëàâíûì íåäîñòàòêîì òàêîé ðåãåíåðàöèè öèôðîâîãî ñèãíàëà ÿâëÿåòñÿ äîïóñòèìîñòü íàðóøåíèÿ äëèòåëüíîñòè èìïóëüñîâ. ×åì ìåíüøå àìïëèòóäà ïîñòóïàþùåãî íà äèñêðèìèíàòîð ñèãíàëà, òåì êîðî÷å ìîãóò áûòü èìïóëüñû, ñîîòâåòñòâóþùèå åäèíè÷íîìó ñèãíàëó íà âûõîäå äèñêðèìèíàòîðà. Íèçêîå çíà÷åíèå ïîðîãà òàêæå íå æåëàòåëüíî, ïîñêîëüêó ìîæíî îøèáî÷íî ïðèíÿòü øóì çà ïîëåçíûé ñèãíàë. Äëÿ òîãî, ÷òîáû ñòðîãî ñîõðàíÿëàñü äëèòåëüíîñòü èìïóëüñîâ íà âûõîäå äèñêðèìèíàòîðà, íåîáõîäèìî, ÷òîáû äèñêðèìèíàòîð ïîëó÷àë èíôîðìàöèþ î ÷àñòîòå, ñ êîòîðîé äîëæíû ñëåäîâàòü èìïóëüñû. Ðàáîòà òàéìåðà. Îñíîâíàÿ ôóíêöèÿ òàéìåðà – ýòî ïîäàâëåíèå ðåñèíõðîíèçàöèè ñèãíàëà. Òðàäèöèîííûé öèôðîâîé ñèãíàë ãåíåðèðóåòñÿ íà õàðàêòåðíîé ÷àñòîòå, íàïðèìåð, 1 ðàç â ìèêðîñåêóíäó. Ïî ìåðå ïåðåäà÷è è ðåòðàíñëÿöèè ñèãíàëà ñëó÷àéíûå âðåìåííûå îøèáêè ìîãóò íàêàïëèâàòüñÿ è äîñòè÷ü óðîâíÿ, ñðàâíèìîãî ñ äëèòåëüíîñòü ñàìîãî èìïóëüñà.  ðåçóëüòàòå ïðèåìíèê îøèáî÷íî ìîæåò èíòåðïðåòèðîâàòü ïðèíÿòûé áèò èëè "ïîòåðÿòü" áèò. Òàêèå ñëó÷àéíûå âðåìåííûå îøèáêè ïîëó÷èëè íàçâàíèå äæèòòåð (jitter, äðîæàíèå). Èõ ïîÿâëåíèå õàðàêòåðíî ïðè ñèíõðîííîì ðåæèìå ïåðåäà÷è. Óìåíüøèòü äæèòòåð ìîæíî, ïîâûñèâ òðåáîâàíèÿ ê ñòàíäàðòó ÷àñòîòû ãåíåðàòîðà èìïóëüñîâ. Îäíàêî åñëè ïðèåìíèê èìååò ñâîé ñîáñòâåííûé òàéìåð, òî ïðè äëèòåëüíîì ïðèåìå áóäóò ïðîñêàêèâàòü îøèáêè âñëåäñòâèå íàëè÷èÿ äæèòåðà. Äàëüíåéøåå óìåíüøåíèå îøèáîê èç-çà äæèòåðà äîñòèãàåòñÿ â áîëåå ïðîäâèíóòîé òåõíîëîãèè ìàãèñòðàëüíûõ îïòè÷åñêèõ ñåòåé, îñíîâàííûõ íà òàê íàçûâàåìîé ñèíõðîííîé öèôðîâîé èåðàðõèè SDH.  SDH ïðè ñèíõðîííîé ïåðåäà÷å â áèòîâîì ïîòîêå íàðÿäó ñ ïîëåçíîé èíôîðìàöèåé ïðèñóòñòâóþò ñïåöèàëüíûå ñèíõðîèìïóëüñû, ïî êîòîðûì íàñòðàèâàåòñÿ (ïëàâíî ïåðåñòðàèâàåòñÿ ïîä ÷àñòîòó ïåðåäàò÷èêà) òàéìåð ïðèåìíèêà.  ñëîæíîé ñåòè SDH ñóùåñòâóåò îäèí íåçàâèñèìûé âåäóùèé òàéìåð (master clock), íà êîòîðûé ðàâíÿþòñÿ äðóãèå óñòðîéñòâà ñåòè. Ïîñòàâùèêè. Êðóïíûìè ïîñòàâùèêàìè ÏÐÎÌ ÿâëÿþòñÿ ôèðìû: Epitaxx Inc., Hamamatsu Corp., Hewlett-Packard, Hitachi, Honeywell Inc., Lasertron Inc., Laser Diode Inc., NEC Electronics Inc., OKI Semiconductors, Optek Technology Inc., Optical Communication Product Inc., Ortel Corp., Siemens Corp., Sumitomo Electric Industries Ltd., Toshiba è äð. [5].
4.3. Ïîâòîðèòåëè è îïòè÷åñêèå óñèëèòåëè Ïðîáëåìà ðàññòîÿíèÿ Ïî ìåðå ðàñïðîñòðàíåíèÿ îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà ïðîèñõîäèò åãî îñëàáëåíèå, à òàêæå óøèðåíèå èìïóëüñîâ èç-çà äèñïåðñèè. Ëþáîé èç ýòèõ ôàêòîðîâ ìîæåò îêàçàòüñÿ ïðè÷èíîé îãðàíè÷åíèÿ ìàêñèìàëüíîé äëèíû áåçðåòðàíñëÿöèîííîãî ó÷àñòêà âîëîêîííî-îïòè÷åñêîãî ñåãìåíòà. Åñëè æå ìàêñèìàëüíàÿ äîïóñòèìàÿ äëèíà ìåæäó ïðèåìíèêîì è ïåðåäàò÷èêîì ïðåâûøåíà, òî íåîáõîäèìî â ïðîìåæóòî÷íûõ òî÷êàõ ëèíèè ñâÿçè äîáàâëÿòü îäèí èëè íåñêîëüêî ðåòðàíñëÿòîðîâ.  îáùåì ñëó÷àå, ðåòðàíñëÿòîð âûïîëíÿåò ôóíêöèþ óñèëåíèÿ îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà, è äîïîëíèòåëüíî (ïðè öèôðîâîé ïåðåäà÷å) ìîæåò âîññòàíàâëèâàòü ôîðìó èìïóëüñîâ, óìåíüøàòü óðîâåíü øóìîâ è óñòðàíÿòü îøèáêè – òàêîé ðåòðàíñëÿòîð íàçûâàåòñÿ ðåãåíåðàòîðîì.
Òèïû ðåòðàíñëÿòîðîâ Ïî ìåòîäó óñèëåíèÿ îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà ðåòðàíñëÿòîðû ïîäðàçäåëÿþòñÿ íà äâå êàòåãîðèè: ïîâòîðèòåëè è îïòè÷åñêèå óñèëèòåëè.  âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ñèñòåìàõ ëîêàëüíûõ ñåòåé ïîâòîðèòåëè çíà÷èòåëüíî áîëüøå ðàñïðîñòðàíåíû, ÷åì îïòè÷åñêèå óñèëèòåëè, â òî âðåìÿ êàê ïðè ïîñòðîåíèè îïòè÷åñêèõ ìàãèñòðàëåé îïòè÷åñêèå óñèëèòåëè èãðàþò íåçàìåíèìóþ ðîëü. Ïîâòîðèòåëü (ýëåêòðîííî-îïòè÷åñêèé ïîâòîðèòåëü) ñíà÷àëà ïðåîáðàçóåò îïòè÷åñêèé ñèãíàë â ýëåêòðè÷åñêóþ ôîðìó, óñèëèâàåò, êîððåêòèðóåò, à çàòåì ïðåîáðàçîâûâàåò îáðàòíî â îïòè÷åñêèé ñèãíàë, ðèñ. 4.12 à. Ìîæíî ïðåäñòàâèòü ïîâòîðèòåëü êàê ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèíåííûå ïðèåìíûé è ïåðåäàþùèé îïòè÷åñêèå ìîäóëè. Àíàëîãîâûé ïîâòîðèòåëü, â îñíîâíîì, âûïîëíÿåò ôóíêöèþ óñèëåíèÿ ñèãíàëà. Ïðè ýòîì âìåñòå ñ ïîëåçíûì ñèãíàëîì óñèëèâàåòñÿ òàêæå âõîäíîé øóì. Îäíàêî ïðè öèôðîâîé ïåðåäà÷å ïîâòîðèòåëü íàðÿäó ñ ôóíêöèåé óñèëåíèÿ
86
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
ìîæåò âûïîëíÿòü ôóíêöèþ ðåãåíåðàöèè ñèãíàëà, ñâîéñòâåííóþ öèôðîâîìó îïòè÷åñêîìó ïðèåìíèêó, ðèñ. 4.6 á. Îáû÷íî áëîê ðåãåíåðàöèè îõâàòûâàåò öåïü ïðèíÿòèÿ ðåøåíèÿ è òàéìåð. Áëîê ðåãåíåðàöèè âîññòàíàâëèâàåò ïðÿìîóãîëüíóþ ôîðìó èìïóëüñîâ, óñòðàíÿåò øóì, ðåñèíõðîíèçèðóåò ïåðåäà÷ó òàê, ÷òîáû âûõîäíûå èìïóëüñû ïîïàäàëè â ñîîòâåòñòâóþùèå òàéìñëîòû. Ïîâòîðèòåëü ìîæåò è íå ñîäåðæàòü òàéìåðà è âîññòàíàâëèâàòü ïðÿìîóãîëüíóþ ôîðìó èìïóëüñîâ ïî îïðåäåëåííîìó ïîðîãó, íåçàâèñèìî îò òîãî, íà êàêîé ñêîðîñòè âåäåòñÿ ïåðåäà÷à. Òàêèå "ñðåäîíåçàâèñèìûå" ïîâòîðèòåëè ïðèìåíÿþòñÿ â ëîêàëüíûõ ñåòÿõ, ãäå èìååò ìåñòî àñèíõðîííûé ðåæèì ïåðåäà÷è. Îïòè÷åñêèé óñèëèòåëü (ÎÓ), â îòëè÷èå îò ïîâòîðèòåëÿ, íå îñóùåñòâëÿåò îïòîýëåêòðîííîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ, à ñðàçó ïðîèçâîäèò óñèëåíèå îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà, ðèñ. 4.12 á. Îïòè÷åñêèå óñèëèòåëè íå ñïîñîáíû â ïðèíöèïå ïðîèçâîäèòü ðåãåíåðàöèþ îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà. Îíè â ðàâíîé ñòåïåíè óñèëèâàþò êàê âõîäíîé ñèãíàë, òàê è øóì. Êðîìå ýòîãî, âíîñèòñÿ ñîáñòâåííûé øóì â âûõîäíîé îïòè÷åñêèé êàíàë.
Входное волокно
Электрический сигнал Фотоприемник
Каскад электронных усилителей
Блок регенерации сигнала
Цепь накачки
Выходное волокно Источник излучения
а) Входной оптический сигнал
Электрические сигналы
Входное волокно
Оптический усилитель
Выходной оптический сигнал
Выходное волокно
б) Входной оптический сигнал
Выходной оптический сигнал
Ðèñ. 4.12. Òèïû ðåòðàíñëÿòîðîâ: à) ýëåêòðîííî-îïòè÷åñêèé ïîâòîðèòåëü; á) îïòè÷åñêèé óñèëèòåëü
Ñðàâíèòåëüíûå õàðàêòåðèñòèêè ïîâòîðèòåëÿ è îïòè÷åñêîãî óñèëèòåëÿ ïðèâåäåíû â òàáë. 4.4. Êîíöåïòóàëüíàÿ ïðîñòîòà – îäèí èç ïðèòÿãèâàþùèõ ôàêòîðîâ ÎÓ. Ïðîñòîòà êîíñòðóêöèè, â êîòîðîé ïðåîáëàäàþò ïàññèâíûå êîìïîíåíòû, â êîíå÷íîì ñ÷åòå îáåùàåò íèçêóþ öåíó, òàê êàê ÷èñëî êîìïîíåíòîâ ÎÓ çíà÷èòåëüíî ìåíüøå, ÷åì ó ïîâòîðèòåëÿ. Íà ïðàêòèêå, îäíàêî, öåíà ÎÓ çíà÷èòåëüíî âûøå, ÷åì ó ïîâòîðèòåëåé. Íî, ïî ïðîãíîçàì ñïåöèàëèñòîâ, öåíà ÎÓ ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ ðûíêà ïðîäàæ áóäåò ïàäàòü. ÎÓ èìååò áîëåå âûñîêóþ íàäåæíîñòü, ÷åì ïîâòîðèòåëü. Ýòî âàæíîå ïðåèìóùåñòâî ïðè ñîçäàíèè ðåòðàíñëÿòîðîâ ïðè ïðîêëàäêå ïîäâîäíîãî ÂÎÊ. ÎÓ íå ïðèâÿçàí ê ñêîðîñòè ïåðåäà÷è, â òî âðåìÿ êàê ïîâòîðèòåëü îáû÷íî èñïîëíÿåòñÿ äëÿ ðàáîòû íà îïðåäåëåííîé ñêîðîñòè. Èìåííî íà ýòó ñêîðîñòü êîíôèãóðèðóåòñÿ òàéìåð ïîâòîðèòåëÿ. Ïîâòîðèòåëü ðàáîòàåò ñ îäíèì ñèãíàëîì. ÎÓ ìîæåò îäíîâðåìåííî óñèëèâàòü íåñêîëüêî îïòè÷åñêèõ ñèãíàëîâ, ïðåäñòàâëåííûõ íåñêîëüêèìè äëèíàìè âîëí (WDM ñèãíàë) â ïðåäåëàõ îïðåäåëåííîãî èíòåðâàëà, êîòîðûé íàçûâàåòñÿ çîíîé óñèëåíèÿ. Ýòî ïîçâîëÿåò íàðàùèâàòü ïðîïóñêíóþ âîçìîæíîñòü ëèíèè ñâÿçè, íà êîòîðîé óñòàíîâëåíû ÎÓ, áåç äîáàâëåíèÿ íîâûõ âîëîêîí.
Ïîâòîðèòåëè äëÿ öèôðîâûõ ëèíèé ñâÿçè Õîòÿ ïîâòîðèòåëè äëÿ öèôðîâûõ ëèíèé ñâÿçè ìîãóò áûòü íåçàâèñèìûìè îò ñðåäû, áîëüøèíñòâî èç íèõ ðàññ÷èòàíî íà âïîëíå îïðåäåëåííûé ñòàíäàðò.  ëîêàëüíûõ ñåòÿõ ðàñïðîñòðàíåíû ïîâòîðèòåëè, ïðåîáðàçóþùèå ñèãíàëû èç ìíîãîìîäîâîãî (mm) â îäíîìîäîâîå
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
87
(sm) âîëîêíî. Òàêèå ïîâòîðèòåëè ïîëó÷èëè íàçâàíèå êîíâåðòåðû. Øèðîêî ðàñïðîñòðàíåíû FDDI (100 Ìáèò/ñ) [8, 9], ATM (155 Ìáèò/ñ), ATM (622 Ìáèò/ñ) [10] sm/mm êîíâåðòåðû.
Òàáëèöà 4.4. Ñðàâíèòåëüíûå õàðàêòåðèñòèêè ïîâòîðèòåëåé è îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé Õàðàêòåðèñòèêà
Ïîâòîðèòåëü
Îïòè÷åñêèé óñèëèòåëü
Ñëîæíàÿ
Ïðîñòàÿ
Íèçêàÿ
Âûñîêàÿ, íî ïàäàåò
Âûñîêàÿ
Î÷åíü âûñîêàÿ
Êîíñòðóêöèÿ Öåíà Íàäåæíîñòü Ðåãåíåðàöèÿ ñèãíàëà
Äîïóñòèìà
Èñêëþ÷åíà
Ïðèâÿçêà ê ñêîðîñòè ïåðåäà÷è
Òðåáóåòñÿ
Íå òðåáóåòñÿ
Âîçìîæíîñòü îäíîâðåìåííîé ïåðåäà÷è íåñêîëüêèõ ñèãíàëîâ
Íå äîïóñêàåòñÿ
Äîïóñêàåòñÿ
Ðàáî÷àÿ äëèíà âîëíû, íì
850, 1300, 1550
Îáëàñòü 1530-1560
Âûñîêîå
Íèçêîå
Îòíîøåíèå ñèãíàë øóì Îáëàñòü ïðèìåíåíèÿ
Ëîêàëüíûå ñåòè, ðåãèîíàëüíûå Ñåé÷àñ è â ïåðñïåêòèâå ðåãèîíàëüñåòè, ìåæðåãèîíàëüíûå ñåòè íûå ñåòè, ìåæðåãèîíàëüíûå ñåòè
Îïòè÷åñêèå óñèëèòåëè Ýòè óñòðîéñòâà îáåñïå÷èâàþò âíóòðåííåå óñèëåíèå îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà áåç åãî ïðåîáðàçîâàíèÿ â ýëåêòðè÷åñêóþ ôîðìó. Îíè èñïîëüçóþò ïðèíöèï èíäóöèðîâàííîãî èçëó÷åíèÿ, àíàëîãè÷íî ëàçåðàì. Ñóùåñòâóåò ïÿòü òèïîâ îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé, ñì. òàáë. 4.5 [4].
Òàáëèöà 4.5. Òèïû è îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé ¹
Òèïû óñèëèòåëåé
Îáëàñòü ïðèìåíåíèÿ
1
Óñèëèòåëü ñ ïîëîñòüþ Ôàáðè-Ïåðî
Óñèëåíèå îäíîãî êàíàëà (îäíîé äëèíû âîëíû)
2
Óñèëèòåëè íà âîëîêíå, èñïîëüçóþùèå áðèëëþýíîâñêîå ðàññåÿíèå
Óñèëåíèå îäíîãî êàíàëà
3
Óñèëèòåëè íà âîëîêíå, èñïîëüçóþùèå ðàìàíîâñêîå ðàññåÿíèå
Óñèëåíèå íåñêîëüêèõ êàíàëîâ îäíîâðåìåííî
4
Ïîëóïðîâîäíèêîâûå ëàçåðíûå óñèëèòåëè
Óñèëåíèå áîëüøîãî ÷èñëà êàíàëîâ â øèðîêîé îáëàñòè äëèí âîëí îäíîâðåìåííî
5
Óñèëèòåëè íà ïðèìåñíîì âîëîêíå
Óñèëåíèå áîëüøîãî ÷èñëà êàíàëîâ â øèðîêîé îáëàñòè äëèí âîëí îäíîâðåìåííî
1. Óñèëèòåëè Ôàáðè-Ïåðî. Óñèëèòåëè îñíàùàþòñÿ ïëîñêèì ðåçîíàòîðîì ñ çåðêàëüíûìè ïîëóïðîçðà÷íûìè ñòåíêàìè. Îíè îáåñïå÷èâàþò âûñîêèé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ (äî 25 äÁ) â î÷åíü óçêîì (1,5 ÃÃö), íî øèðîêî ïåðåñòðàèâàåìîì (800 ÃÃö) ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå. Êðîìå ýòîãî, ýòè óñòðîéñòâà íå ÷óâñòâèòåëüíû ê ïîëÿðèçàöèè ñèãíàëà è õàðàêòåðèçóþòñÿ ñèëüíûì ïîäàâëåíèåì áîêîâûõ ñîñòàâëÿþùèõ (îñëàáëåíèå íà 20 äÁ çà ïðåäåëàìè èíòåðâàëà â 5 ÃÃö).  ñèëó ñâîèõ õàðàêòåðèñòèê, óñèëèòåëè Ôàáðè-Ïåðî èäåàëüíî ïîäõîäÿò äëÿ ðàáîòû â êà÷åñòâå äåìóëüòèïëåêñîðîâ, ïîñêîëüêó îíè ìîãóò âñåãäà áûòü ïåðåñòðîåíû äëÿ óñèëåíèÿ òîëüêî îäíîé îïðåäåëåííîé äëèíû âîëíû îäíîãî êàíàëà èç âõîäíîãî ìíîãîêàíàëüíîãî WDM ñèãíàëà. 2. Óñèëèòåëè íà âîëîêíå, èñïîëüçóþùèå áðèëëþýíîâñêîå ðàññåÿíèå. Ñòèìóëèðîâàííîå áðèëëþýíîâñêîå ðàññåÿíèå – ýòî íåëèíåéíûé ýôôåêò, âîçíèêàþùèé â êðåìíèåâîì âîëîêíå, êîãäà ýíåðãèÿ îò îïòè÷åñêîé âîëíû íà ÷àñòîòå, ñêàæåì, f 1 ïåðåõîäèò â ýíåðãèþ íîâîé âîëíû íà ñìåùåííîé ÷àñòîòå
f2 .
Åñëè ìîùíàÿ íàêà÷êà ïðîèçâîäèòñÿ íà ÷àñòîòå
f1 ,
ñòèìóëèðîâàííîå áðèëëþýíîâñêîå
ðàññåÿíèå ñïîñîáíî óñèëèâàòü ñëàáûé âõîäíîé ñèãíàë íà ÷àñòîòå
f2 .
Âûõîäíîé ñèãíàë ñî-
ñðåäîòî÷åí â óçêîì äèàïàçîíå, ÷òî ïîçâîëÿåò âûáèðàòü êàíàë ñ ïîãðåøíîñòüþ 1,5 ÃÃö.
88
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
3. Óñèëèòåëè íà âîëîêíå, èñïîëüçóþùèå ðàìàíîâñêîå ðàññåÿíèå. Ñòèìóëèðîâàííîå ðàìàíîâñêîå ðàññåÿíèå – òàêæå íåëèíåéíûé ýôôåêò, êîòîðûé ïîäîáíî áðèëëþýíîâñêîìó ðàññåÿíèþ ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ ÷àñòè ýíåðãèè èç ìîùíîé âîëíû íàêà÷êè â ñëàáóþ ñèãíàëüíóþ âîëíó. Îäíàêî, ïðè ðàìàíîâñêîì ðàññåÿíèè ÷àñòîòíûé ñäâèã ìåæäó ñèãíàëüíîé âîëíîé è âîëíîé íàêà÷êè
(f
2
− f1 )
áîëüøå, à âûõîäíîé ñïåêòðàëüíûé äèàïàçîí
óñèëåíèÿ øèðå, ÷òî äîïóñêàåò óñèëåíèå ñðàçó íåñêîëüêèõ êàíàëîâ â WDM ñèãíàëå. Áîëüøèå ïåðåõîäíûå ïîìåõè ìåæäó óñèëèâàåìûìè êàíàëàìè ïðåäñòàâëÿþò îñíîâíóþ ïðîáëåìó ïðè ðàçðàáîòêå òàêèõ óñèëèòåëåé. 4. Ïîëóïðîâîäíèêîâûå ëàçåðíûå óñèëèòåëè (ÏÏËÓ). Îñíîâó ÏÏËÓ ñîñòàâëÿåò àêòèâíàÿ ñðåäà, àíàëîãè÷íàÿ òîé, êîòîðàÿ èñïîëüçóåòñÿ â ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ëàçåðàõ [11, 12].  ÏÏËÓ îòñóòñòâóþò çåðêàëüíûå ðåçîíàòîðû, õàðàêòåðíûå äëÿ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ëàçåðîâ. Äëÿ óìåíüøåíèÿ ôðåíåëåâñêîãî îòðàæåíèÿ ñ îáåèõ ñòîðîí àêòèâíîé ñðåäû íàíîñèòñÿ ñïåöèàëüíîå ïîêðûòèå òîëùèíîé λ 4 ñ ñîãëàñîâàííûì ïîêàçàòåëåì ïðåëîìëåíèÿ, ðèñ. 4.13. Активный слой, усиливающий свет
Входящее волокно
Сердцевина
Полупроводниковый лазерный усилитель
Выходящее волокно
Сердцевина
Антиотражающее покрытие на обеих сторонах Активный слой полупроводникового усилителя
Область, в которую попадает сигнал из входного волокна
Ðèñ. 4.13. Ïîëóïðîâîäíèêîâûé ëàçåðíûé óñèëèòåëü Ïîëóïðîâîäíèêîâûå ëàçåðíûå óñèëèòåëè íå ïîëó÷èëè ñòîëü øèðîêîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ, êàê óñèëèòåëè íà ïðèìåñíîì âîëîêíå. Äåëî â òîì, ÷òî ÏÏËÓ ñâîéñòâåííû äâà ñóùåñòâåííûõ íåäîñòàòêà. Ñâåòîèçëó÷àþùèé àêòèâíûé ñëîé èìååò ïîïåðå÷íûé ðàçìåð íåñêîëüêî ìèêðîí, íî òîëùèíó â ïðåäåëàõ îäíîãî ìèêðîíà, ÷òî ìíîãî ìåíüøå, ÷åì äèàìåòð ñâåòîíåñóùåé ÷àñòè îïòè÷åñêîãî âîëîêíà (∼ 9 ìêì – äëÿ îäíîìîäîâîãî âîëîêíà). Âñëåäñòâèå ýòîãî áîëüøàÿ ÷àñòü ñâåòîâîãî ïîòîêà èç âõîäÿùåãî âîëîêíà íå ïîïàäàåò â àêòèâíóþ îáëàñòü è òåðÿåòñÿ, ÷òî óìåíüøàåò ÊÏÄ óñèëèòåëÿ. Óâåëè÷èòü ÊÏÄ ìîæíî, ïîñòàâèâ ìåæäó âõîäÿùèì âîëîêíîì è àêòèâíîé ñðåäîé ëèíçó, íî ýòî ïðèâîäèò ê óñëîæíåíèþ êîíñòðóêöèè. Âòîðîé íåäîñòàòîê èìååò áîëåå òîíêóþ ïðèðîäó. Äåëî â òîì, ÷òî âûõîä (êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ) ÏÏËÓ çàâèñèò îò íàïðàâëåíèÿ ïîëÿðèçàöèè è ìîæåò îòëè÷àòüñÿ íà 4-8 äÁ äëÿ äâóõ îðòîãîíàëüíûõ ïîëÿðèçàöèé. Ýòî íåæåëàòåëüíî, òàê êàê â ñòàíäàðòíîì îäíîìîäîâîì âîëîêíå ïîëÿðèçàöèÿ ðàñïðîñòðàíÿåìîãî ñâåòîâîãî ñèãíàëà íå êîíòðîëèðóåòñÿ. Ìîùíîñòü ñâåòîâîãî ïîòîêà äàííîé ïîëÿðèçàöèè ìîæåò ôëóêòóèðîâàòü âäîëü äëèíû. Îòñþäà âûòåêàåò, ÷òî êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ÏÏËÓ çàâèñèò îò íåêîíòðîëèðóåìîãî ôàêòîðà. Ìîæíî óìåíüøèòü ýòó çàâèñèìîñòü îò ïîëÿðèçàöèè ïóòåì óñòàíîâêè äâóõ ëàçåðîâ – âîçìîæíî êàê ïàðàëëåëüíîå (òðåáóåòñÿ ïàðà ðàçâåòâèòåëåé), òàê è ïîñëåäîâàòåëüíîå èõ ïîäêëþ÷åíèå. Íî ýòî ñíîâà ïðèâîäèò ê óñëîæíåíèþ êîíñòðóêöèè è ðîñòó ñòîèìîñòè. Äâà ïðèâåäåííûõ íåäîñòàòêà íèâåëèðóþòñÿ â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà ÏÏËÓ èíòåãðèðîâàí ñ äðóãèìè îïòè÷åñêèìè óñòðîéñòâàìè. È èìåííî òàê ïðåèìóùåñòâåííî èñïîëüçóþòñÿ ÏÏËÓ. Îäíà èç âîçìîæíîñòåé – ïðîèçâîäñòâî ñîâìåùåííîãî ñâåòîèçëó÷àþùåãî ëàçåðíîãî äèîäà, íåïîñðåäñòâåííî íà âûõîäå êîòîðîãî óñòàíàâëèâàåòñÿ ÏÏËÓ. Íà ðèñ. 4.14 ïîêàçàíà åùå îäíà ðåàëèçàöèÿ èñòî÷íèêà ìóëüòèïëåêñíîãî ìíîãîâîëíîâîãî èçëó÷åíèÿ, â êîòîðîì ÏÏËÓ èñïîëüçóþòñÿ â êà÷åñòâå øèðîêîïîëîñíîãî óñèëèòåëÿ. Íåñêîëüêî óçêîïîëîñíûõ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ëàçåðîâ íà ðàçíûõ äëèíàõ âîëí ãåíåðèðóþò ñâåòîâûå ñèã-
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
89
íàëû, êîòîðûå ìóëüòèïëåêñèðóþòñÿ è ðàçìíîæàþòñÿ ïîñðåäñòâîì îïòè÷åñêîãî ðàçâåòâèòåëÿ. ÏÏËÓ óñòàíàâëèâàþòñÿ íà êîíå÷íîì ó÷àñòêå, ÷òîáû óñèëèòü îñëàáëåííûå ïîñëå ðàçâåòâëåíèÿ îïòè÷åñêèå ìóëüòèïëåêñíûå ñèãíàëû. Массив лазеров
Полупроводниковые лазерные усилители Разветвитель 6x6
1300 нм 1305 нм 1310 нм
1 мВт
1315 нм 1320 нм 1325 нм 1 мВт
1300 нм
20 дБ потери на разветвлении
1325 нм
Усиление 20 дБ
Ðèñ. 4.14. Èñòî÷íèê ìóëüòèïëåêñíîãî èçëó÷åíèÿ. (ïîëóïðîâîäíèêîâûå ëàçåðíûå óñèëèòåëè èíòåãðèðîâàíû ñ ìàññèâîì ëàçåðíûõ ñâåòîäèîäîâ è îïòè÷åñêèì ðàçâåòâèòåëåì)
5. Óñèëèòåëè íà ïðèìåñíîì âîëîêíå. Ýòîò òèï îïòè÷åñêîãî óñèëèòåëÿ íàèáîëåå øèðîêî ðàñïðîñòðàíåí è ÿâëÿåòñÿ êëþ÷åâûì ýëåìåíòîì â òåõíîëîãèè ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèõ ñåòåé, ïîñêîëüêó îí ïîçâîëÿåò óñèëèâàòü ñèãíàë â øèðîêîì ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå [13, 14, 15]. Íà ðèñ. 4.15 ïðèâåäåíà ñõåìà óñèëèòåëÿ íà ïðèìåñíîì âîëîêíå. Ñëàáûé âõîäíîé îïòè÷åñêèé ñèãíàë (1) ïðîõîäèò ÷åðåç îïòè÷åñêèé èçîëÿòîð (2), êîòîðûé ïðîïóñêàåò ñâåò â ïðÿìîì íàïðàâëåíèè – ñëåâà íàïðàâî, íî íå ïðîïóñêàåò ðàññåÿííûé ñâåò â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè, äàëåå ïðîõîäèò ÷åðåç áëîê ôèëüòðîâ (3), êîòîðûå áëîêèðóþò ñâåòîâîé ïîòîê íà äëèíå âîëíû íàêà÷êè, íî ïðîçðà÷íû ê äëèíå âîëíû ñèãíàëà. Çàòåì ñèãíàë ïîïàäàåò â êàòóøêó ñ âîëîêíîì, ëåãèðîâàííûì ïðèìåñüþ èç ðåäêîçåìåëüíûõ ýëåìåíòîâ (4). Äëèíà òàêîãî ó÷àñòêà âîëîêíà ñîñòàâëÿåò íåñêîëüêî ìåòðîâ. Ýòîò ó÷àñòîê âîëîêíà ïîäâåðãàåòñÿ ñèëüíîìó íåïðåðûâíîìó èçëó÷åíèþ ïîëóïðîâîäíèêîâîãî ëàçåðà (5), óñòàíîâëåííîãî ñ ïðîòèâîïîëîæåííîé ñòîðîíû, ñ áîëåå êîðîòêîé äëèíîé âîëíû íàêà÷êè. Ñâåò îò ëàçåðà íàêà÷êè – âîëíà íàêà÷êè (6) – âîçáóæäàåò àòîìû ïðèìåñåé. Âîçáóæäåííûå ñîñòîÿíèÿ èìåþò áîëüøîå âðåìÿ ðåëàêñàöèè, ÷òîáû ñïîíòàííî ïåðåéòè â îñíîâíîå ñîñòîÿíèå. Îäíàêî ïðè íàëè÷èè ñëàáîãî ñèãíàëà ïðîèñõîäèò èíäóöèðîâàííûé ïåðåõîä àòîìîâ ïðèìåñåé èç âîçáóæäåííîãî ñîñòîÿíèÿ â îñíîâíîå ñ èçëó÷åíèåì ñâåòà íà òîé æå äëèíå âîëíû è ñ òîé æå ñàìîé ôàçîé, ÷òî è ïîâëåêøèé ýòî ñèãíàë. Ñåëåêòèâíûé ðàçâåòâèòåëü (7) ïåðåíàïðàâëÿåò óñèëåííûé ïîëåçíûé ñèãíàë (8) â âûõîäíîå âîëîêíî (9). Äîïîëíèòåëüíûé îïòè÷åñêèé èçîëÿòîð íà âûõîäå (10) ïðåäîòâðàùàåò ïîïàäàíèå îáðàòíîãî ðàññåÿííîãî ñèãíàëà èç âûõîäíîãî ñåãìåíòà â àêòèâíóþ îáëàñòü îïòè÷åñêîãî óñèëèòåëÿ. Блок фильтров Волна для волны накачки (3) накачки (6)
Усиленный выходной сигнал (8)
Лазер накачки (5)
Слабый входной сигнал (1)
Выходной сигнал (9)
Примесное волокно (4) Оптический изолятор (2)
Волна накачки (6)
Селективный Оптический разветвитель (7) изолятор (10)
Ðèñ. 4.15. Îïòè÷åñêèé óñèëèòåëü íà ïðèìåñíîì âîëîêíå
90
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Àêòèâíîé ñðåäîé óñèëèòåëÿ ÿâëÿåòñÿ îäíîìîäîâîå âîëîêíî, ñåðäöåâèíà êîòîðîãî ëåãèðóåòñÿ ïðèìåñÿìè ðåäêîçåìåëüíûõ ýëåìåíòîâ ñ öåëüþ ñîçäàíèÿ òðåõóðîâíåâîé àòîìíîé ñèñòåìû, ðèñ. 4.16. Ëàçåð íàêà÷êè âîçáóæäàåò ýëåêòðîííóþ ïîäñèñòåìó ïðèìåñíûõ àòîìîâ.  ðåçóëüòàòå ÷åãî ýëåêòðîíû ñ îñíîâíîãî ñîñòîÿíèÿ (óðîâåíü A) ïåðåõîäÿò â âîçáóæäåííîå ñîñòîÿíèå (óðîâåíü B). Äàëåå ïðîèñõîäèò ðåëàêñàöèÿ ýëåêòðîíîâ ñ óðîâíÿ B íà ïðîìåæóòî÷íûé óðîâåíü C. Êîãäà çàñåëåííîñòü óðîâУровень B íÿ C ñòàíîâèòñÿ äîñòàòî÷íî âûñîêîé, òàê ÷òî îáðàçóåòñÿ èíâåðñíàÿ çàñåëåííîñòü óðîâíåé A è C, òî òàêàÿ ñèñòåìà ñïîñîáíà èíäóöèðîУровень C âàíî óñèëèâàòü âõîäíîé îïòè÷åñêèé ñèãíàë â Энергия îïðåäåëåííîì äèàïàçîíå äëèí âîëí. Åñëè æå hνCA âõîäíîé ñèãíàë íå íóëåâîé, òî ïðîèñõîäèò ñïîíòàííîå èçëó÷åíèå âîçáóæäåííûõ àòîìîâ ïðèìåñåé, ïðèâîäÿùåå ê øóìó. Уровень A Îñîáåííîñòè ðàáîòû óñèëèòåëÿ âî ìíîãîì çàâèñÿò îò òèïà ïðèìåñåé è îò äèàïàçîíà äëèí âîëí, â ïðåäåëàõ êîòîðîãî îí Ðèñ. 4.16. Ýíåðãåòè÷åñêàÿ äèàãðàììà äîëæåí óñèëèâàòü ñèãíàë. Íàèáîëåå øèðîêî óðîâíåé àòîìíîé ñèñòåìû ðàñïðîñòðàíåíû óñèëèòåëè, â êîòîðûõ èñóñèëèòåëÿ íà ïðèìåñíîì ïîëüçóåòñÿ êðåìíèåâîå âîëîêíî, ëåãèðîâàíâîëîêíå íîå ýðáèåì. Òàêèå óñèëèòåëè ïîëó÷èëè íàçâàíèå EDFA. Ìåæàòîìíîå âçàèìîäåéñòâèå ÿâëÿåòñÿ ïðè÷èíîé î÷åíü âàæíîãî ïîëîæèòåëüíîãî ôàêòîðà – óøèðåíèÿ óðîâíåé, ÷òî, â êîíå÷íîì èòîãå, îáåñïå÷èâàåò óñèëèòåëþ øèðîêóþ çîíó óñèëåíèÿ ñèãíàëà [16].  EDFA íàèáîëåå øèðîêàÿ çîíà óñèëåíèÿ îò 1530 äî 1560 íì, ñîîòâåòñòâóþùàÿ ïåðåõîäó hν CA , äîñòèãàåòñÿ ïðè îïòèìàëüíîé äëèíå âîëíû ëàçåðà íàêà÷êè 980 íì. Óñèëåíèå â äðóãîì îêíå ïðîçðà÷íîñòè 1300 íì ìîæíî ðåàëèçîâàòü ñ èñïîëüçîâàíèåì ïðèìåñåé ïðàçåîäèìèÿ, îäíàêî òàêèå îïòè÷åñêèå óñèëèòåëè íå ïîëó÷èëè áîëüøîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ. Êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ñèãíàëà çàâèñèò îò åãî âõîäíîé àìïëèòóäû è äëèíû âîëíû. Ïðè ìàëûõ âõîäíûõ ñèãíàëàõ àìïëèòóäà âûõîäíîãî ñèãíàëà ëèíåéíî ðàñòåò ñ ðîñòîì âõîäíîãî ñèãíàëà, êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ äîñòèãàåò ïðè ýòîì ñâîåãî ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ. Íàïðèìåð, åñëè âõîäíîé ñèãíàë 1 ìêÂò (–30 äÁì), òî âûõîäíîé ñèãíàë ìîæåò áûòü íà óðîâíå 1 ìÂò (0 äÁì), ÷òî ñîîòâåòñòâóåò óñèëåíèþ â 30 äÁ. Íî ïðè áîëüøîì âõîäíîì ñèãíàëå ñèãíàë íà âûõîäå äîñòèãàåò ñâîåãî íàñûùåíèÿ, ÷òî ïðèâîäèò ê ïàäåíèþ êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ. Íàïðèìåð, íà òîé æå äëèíå âîëíû âõîäíîé ñèãíàë 1 ìÂò ïðèâåäåò ê ãåíåðàöèè âûõîäíîãî ñèãíàëà 20 ìÂò â ðåæèìå íàñûùåíèÿ, ÷òî áóäåò ñîîòâåòñòâîâàòü êîýôôèöèåíòó óñèëåíèÿ âñåãî ëèøü 13 äÁ. Íà ðèñ. 4.17 ïîêàçàíî, êàê âåäåò ñåáÿ êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ K äëÿ EDFA â çàâèñèìîñòè îò äëèíû âîëíû è ïðè ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ ìîùíîñòè âõîäíîãî ñèãíàëà. Óìåíüøåíèå K ïðè Pin = 1 ìÂò ñâÿçàíî ñ íàñûùåíèåì óñèëèòåëÿ. Íà êðèâîé çàâèñèìîñòè Ê îò äëèíû âîëíû ïðè ìàëûõ çíà÷åíèÿõ ìîùíîñòè âõîäíîãî ñèãíàëà çàìåòíû ìèíèìóìû è ìàêñèìóìû. Îòñóòñòâèå ïëàòî â øèðîêîì äèàïàçîíå äëèí âîëí (îò 1530 äî 1560 íì) çàñòàâëÿåò äîïîëíèòåëüíî íà ëèíèè èç êàñêàäà îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé óñòàíàâëèâàòü ýêâàëàéçåðû ñ öåëüþ âûðàâíèâàíèÿ àìïëèòóä ìóëüòèïëåêñíûõ ñèãíàëîâ ðàçíûõ äëèí âîëí.  òî æå âðåìÿ âåäóòñÿ èíòåíñèâíûå èññëåäîâàíèÿ ïî âûðàâíèâàíèþ êðèâîé óñèëåíèÿ. Ñëåäóåò ïîä÷åðêíóòü, ÷òî ïîñòðîåíèå óñèëèòåëåé ñ òàêèìè õàðàêòåðèñòèêàìè íå ÿâëÿåòñÿ íåïðåîäîëèìîé çàäà÷åé, íî ñêîðåå òðåáóåò òùàòåëüíî îòðàáîòàííîé òåõíîëîãèè ïðîèçâîäñòâà âñåõ ýëåìåíòîâ óñèëèòåëÿ.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
91
Коэффициент усиления K, (дБ)
40
Входная мощность
35 30
1 мкВт
25
70 мкВт
20 15
1 мВт
10 5 0 1520
1525
1530
1535
1540
1545
1550
1555
1560
Длина волны λ, (нм)
Ðèñ. 4.17. Êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ êðåìíèåâîãî EDFA ïðè ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ ìîùíîñòè âõîäíîãî îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà (ïî ìàòåðèàëàì ôèðìû Corning)
Õàðàêòåðíûì äëÿ îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé ÿâëÿåòñÿ øèðîêîïîëîñíûé ñîáñòâåííûé øóì, ðèñ. 4.18. Ýòîò øóì, êîòîðîãî èçáåæàòü íåâîçìîæíî, ãëàâíûì îáðàçîì ñâÿçàí ñî ñïîíòàííûì èçëó÷åíèåì èíâåðñíî-çàñåëåííûõ óðîâíåé íà ïðèìåñíûõ àòîìàõ.
Мощность выходного сигнала, (дБм)
10 5 0 Сигнал
-5 -10 -15 -20
Широкополосный шум
-25 -30 -35 -40 1530
1535
1540
1545
1550
1555
1560
Длина волны λ, (нм)
Ðèñ. 4.18. Ìîùíîñòü âûõîäíîãî ñèãíàëà è øóìà â EDFA
4.4. Ðàçíîâèäíîñòè óñèëèòåëåé EDFA Äâå ðàçíîâèäíîñòè óñèëèòåëåé EDFA ñ ïðèìåñíûì âîëîêíîì ïðåîáëàäàþò â êîììåð÷åñêèõ ðåàëèçàöèÿõ ñåãîäíÿ: íà êðåìíèåâîé îñíîâå, è íà ôòîð-öèðêîíàòíîé îñíîâå [14]. Ïðè î÷åíü ñõîæåì âíóòðåííåì ñòðîåíèè ýòè óñèëèòåëè îòëè÷àþòñÿ òîëüêî çàãîòîâî÷íûì âîëîêíîì. Óñèëèòåëè EDFA íà êðåìíèåâîé îñíîâå ïåðâûìè ïîÿâèëèñü íà ðûíêå è îïðåäåëèëè ðàçâèòèå áëàãîäàðÿ âîçìîæíîñòè óñèëåíèÿ WDM ñèãíàëà â øèðîêîì ñïåêòðàëüíîì èíòåðâàëå ïðè íåáîëüøèõ âíîñèìûõ øóìàõ íà ðàçíûõ äëèíàõ âîëí. Ñåãîäíÿ îáà òèïà óñèëèòåëåé (êðåìíèåâûå è ôòîð-öèðêîíàòíûå) ñïîñîáíû ðàáîòàòü âî âñåì äèàïàçîíå âûõîäà îïòè÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ ýðáèÿ îò 1530 íì äî 1560 íì. Îäíàêî îïòè÷åñêèå óñèëèòåëè íà êðåìíèåâîé îñíîâå íå èìåþò ñòîëü ðîâíîé ïåðåäàòî÷íîé êðèâîé êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ, êàê óñèëèòåëè íà ôòîðöèðêîíàòíîé îñíîâå, ðèñ. 4.19. 92
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Мощность шума, (дБм)
 ñèëó îñîáåííîñòåé êîíñòðóêöèè óñèëèòåëè EDFA âíîñÿò îïðåäåëåííûé øóì â óñèëèâàåìûé ñèãíàë, ïðèâîäÿ ê óìåíüøåíèþ ñîîòíîøåíèÿ ñèãíàë/øóì è îãðàíè÷èâàÿ ÷èñëî êàñêàäîâ è ðàññòîÿíèå ìåæäó äâóìÿ ýëåêòðîííûìè ðåãåíåðàòîðàìè. 10 Ýòîò íåäîñòàòîê íå ïîìåøàë äàëüíåéøåìó ñòðåìèòåëüíîìó 5 ðàçâèòèþ òåõíîëîãèè è ñåðèéíîãî ïðîèçâîäñòâà óñèëèòåëåé 0 EDFA. ×åòûðåõâîëíîâîå ìóëüòè-5 ïëåêñèðîâàíèå â îêíå 1550 íì, ïîÿâèâøååñÿ âñåãî íåñêîëüêî -10 ëåò íàçàä, ñåãîäíÿ ñìåíÿåòñÿ -15 ìóëüòèïëåêñíûìè ñèñòåìàìè ñ ÷èñëîì âîëíîâûõ êàíàëîâ áîëåå -20 40. Ïëàòà çà óâåëè÷åíèå ÷èñëà êàíàëîâ âûðàæàåòñÿ â óìåíüøå-25 íèè óäåëüíîé ìîùíîñòè (ìîù-30 íîñòè íà êàíàë) â âûõîäíîì ñèãВыход фтор-цирконатного усилителя íàëå, êîòîðàÿ îñëàáåâàåò ïðè-35 Выход кремниевого усилителя ìåðíî íà 3 äÁ ïðè óäâîåíèè ÷èñëà êàíàëîâ. -40 1530
1535
1540
1545
1550
1555
1560
Длина волны λ, (нм)
Ðèñ. 4.19. Êðèâàÿ âûõîäíîé ìîùíîñòè, ïðåäñòàâëÿþùåé ñîáîé ìîùíîñòü âõîäíîãî øóìà, ïðè îòñóòñòâèè ñèãíàëà íà âõîäå
Óñèëèòåëè íà êðåìíèåâîé îñíîâå
10
10
5
5
0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 1530
а)
Амплитуда сигнала на выходе, (дБм)
Амплитуда сигнала на выходе, (дБм)
Óñèëåíèå DWDM ñèãíàëà â òðàäèöèîííûõ óñèëèòåëÿõ íà êðåìíèåâîì âîëîêíå ñâÿçàíî ñ îäíîé òåõíîëîãè÷åñêîé ïðîáëåìîé – íåðåãóëÿðíîñòüþ êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ êàê ôóíêöèè äëèíû âîëíû. Íà ðèñ. 4.20 à ïîêàçàíà êðèâàÿ âûõîäíîé ìîùíîñòè ïðè óñèëåíèè 16-êàíàëüíîãî ìóëüòèïëåêñíîãî ñèãíàëà ñî ñêîðîñòüþ íà êàíàë STM-16 (2,5 Ãáèò/ñ). Êàê âèäíî, íà íåêîòîðûõ êàíàëàõ ñîõðàíÿåòñÿ äîâîëüíî âûñîêîå îòíîøåíèå ñèãíàë/øóì (SNR), â òî âðåìÿ êàê íà äðóãèõ, îñîáåííî â ðàéîíå 1540 íì, çíà÷åíèå SNR íèçêîå.  ðåçóëüòàòå ìîæåò îêàçàòüñÿ, ÷òî DWDM ñèãíàë, ïðîõîäÿùèé ÷åðåç óñèëèòåëü íà îäíèõ êàíàëàõ (íàïðèìåð, âûøå 1545 íì) áóäåò èìååò ïðèåìëåìîå SNR, à íà äðóãèõ (ðàéîí 1540 íì) íå óäîâëåòâîðèòåëüíîå äëÿ èñïîëüçóåìîãî ïðèëîæåíèÿ ñîîòíîøåíèå SNR.
1535
1540
1545
1550
Длина волны λ, (нм)
1555
0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 1530
1560
б)
1535
1540
1545
1550
1555
1560
Длина волны λ, (нм)
Ðèñ. 4.20. Êðèâûå âûõîäíîé ìîùíîñòè (ñèãíàëà è øóìà) ïðè ïîñòóïëåíèè íà âõîä óñèëèòåëÿ DWDM ñèãíàëà äëÿ óñèëèòåëåé: à) íà êðåìíèåâîé îñíîâå (íàáëþäàåòñÿ çàâàë â îêðåñòíîñòè 1540 íì); á) íà ôòîð-öèðêîíàòíîé îñíîâå ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
93
 ðåçóëüòàòå òîãî, ÷òî ïðèçíàíèå òåõíîëîãèè óñèëèòåëåé EDFA íà êðåìíèåâîé îñíîâå ïðîèçîøëî ðàíüøå, íà ñåãîäíÿøíèé äåíü áîëüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå èìååò èìåííî ýòè ðàçíîâèäíîñòè EDFA. Íåêîòîðûå ïîòðåáèòåëè (îïåðàòîðû ñâÿçè) ðåøàþò ïðîáëåìó çàâàëà êðèâîé ïðîñòûì èñêëþ÷åíèåì îáëàñòè íèçêîãî óñèëåíèÿ îò 1530 äî 1542 íì, äîâîëüñòâóÿñü áîëåå óçêèì îêíîì. Íî ýòî ìîæåò ïîâëå÷ü â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ ê î÷åíü âûñîêîé ïëîòíîñòè êàíàëîâ, ÷òî íåæåëàòåëüíî, òàê êàê ñ ðîñòîì ïëîòíîñòè ñèëüíåé íà÷èíàþò ïðîÿâëÿòüñÿ íåëèíåéíûå ýôôåêòû, êàê, íàïðèìåð, ÷åòûðåõâîëíîâîå ñìåøåíèå. Êðîìå ýòîãî, ïðèíèìàÿ âî âíèìàíèå íàñòîÿùåå ñîñòîÿíèå äåë ïî òåõíîëîãèè ôèëüòðàöèè, ñòîèìîñòü âûäåëåíèÿ îòäåëüíûõ êàíàëîâ èç áîëåå ïëîòíîãî DWDM ñèãíàëà áóäåò âûøå. Äðóãîé ñïîñîá ðåøåíèÿ ïðîáëåìû çàâàëà ñîñòîèò â íàìåðåííîì ïðåäâàðèòåëüíîì ñåëåêòèâíîì îñëàáëåíèè âõîäíîãî ñèãíàëà ñ öåëüþ ïîëó÷åíèÿ áîëåå ðîâíîé êàðòèíû àìïëèòóä âûõîäíûõ ñèãíàëîâ è áîëåå ñîãëàñîâàííûõ çíà÷åíèé SNR íà ðàçíûõ êàíàëàõ. Ïðè âûïîëíåíèè ñåëåêòèâíîãî îñëàáëåíèÿ ïðèõîäèòñÿ ïðèíèìàòü âî âíèìàíèå òî, ÷òî ýíåðãèÿ íà äðóãèõ êàíàëàõ òàêæå ïåðåðàñïðåäåëÿåòñÿ.  ðåçóëüòàòå ÷åãî îïòèìèçàöèÿ ñèñòåìû ñòàíîâèòñÿ ñëîæíîé èòåðàöèîííîé ïðîöåäóðîé. Äîïîëíèòåëüíûå ñëîæíîñòè âîçíèêàþò, êîãäà áèòîâûå ñêîðîñòè äîáàâëÿåìûõ èëè óñòðàíÿåìûõ êàíàëîâ ðàçëè÷íû. Íàïðèìåð, ñîîòíîøåíèå SNR äëÿ ïåðåäà÷è STM-64 (10 Ãáèò/ñ) äîëæíî áûòü íà 6 äÁ áîëüøå, ÷åì äëÿ ïåðåäà÷è STM-16 (2,5 Ãáèò/ñ).  ïîñëåäíåì ñëó÷àå, äîïîëíèòåëüíàÿ ìîùíîñòü äîëæíà áûòü äîáàâëåíà â êàíàë STM-64. Ïðîèçâîäèòåëè îáîðóäîâàíèÿ, ïîíèìàÿ ýòó ïðîáëåìó, íà÷èíàþò âíåäðÿòü ðàçëè÷íûå ñàìîîïòèìèçèðóþùèåñÿ àëãîðèòìû â ýëåìåíòû ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêîé ñåòè [17, 18]. Îáåñïå÷åíèå âîçìîæíîñòè äèíàìè÷åñêîãî îïòè÷åñêîãî áàëàíñèðîâàíèÿ ïî ýíåðãèè ìåæäó êàíàëàìè âàæíî íå òîëüêî äëÿ ðàáîòû ñ EDFA íà êðåìíèåâîé îñíîâå, íî è ñàìî ïî ñåáå, ïîñêîëüêó ïîçâîëÿåò çíà÷èòåëüíî ïîâûñèòü íàäåæíîñòü ñåòè.
Óñèëèòåëè íà ôòîð-öèðêîíàòíîé îñíîâå Ýòè óñèëèòåëè îáëàäàþò áîëåå ðåãóëÿðíûì ïëàòî. Äåëî â òîì, ÷òî ôòîðîñîäåðæàùåå âîëîêíî ñïîñîáíî ïîãëîòèòü áîëüøå ýðáèÿ, ÷òî è ïðèâîäèò ê óëó÷øåíèþ ïðîôèëÿ â îáëàñòè 1530-1542 íì, êîòîðàÿ òåïåðü îòêðûâàåòñÿ äëÿ óñèëåíèÿ DWDM ñèãíàëà. Ðèñ. 4.20 á ïîêàçûâàåò, íàñêîëüêî ýôôåêòèâíî óñèëèâàåòñÿ DWDM ñèãíàë. Ìóëüòèïëåêñèðîâàííûå êàíàëû ïðàêòè÷åñêè ïî âñåé ïîëîñå ïðîïóñêàíèÿ èìåþò áëèçêèå çíà÷åíèÿ SNR. Ýòî çíà÷èòåëüíî óïðîùàåò ïðîöåäóðó îïòè÷åñêîãî áàëàíñèðîâàíèÿ ïðè âîñïðîèçâåäåíèè ñèãíàëîâ, êîãäà êàíàëû äîáàâëÿþòñÿ èëè óäàëÿþòñÿ. Ôòîð-öèðêîíàòíûé óñèëèòåëü EDFA èìååò îäèí íåäîñòàòîê – âûøå (÷åì ó êðåìíèåâîãî) óðîâåíü øóìà, ÷òî ÿâëÿåòñÿ ñëåäñòâèåì áîëüøåé ðàáî÷åé äëèíû âîëíû ëàçåðà íàêà÷êè 1480 íì. Äåëî â òîì, ÷òî äëèíà âîëíû íàêà÷êè 980 íì, õàðàêòåðíàÿ äëÿ êðåìíèåâîãî EDFA, íå ýôôåêòèâíà äëÿ ðàáîòû ôëþîðèäíîãî óñèëèòåëÿ EDFA, ïîñêîëüêó íà ýòîé äëèíå âîëíû âåëèêî ñå÷åíèå ïîãëîùåíèÿ, ñîïðîâîæäàþùååñÿ âîçáóæäåíèåì äðóãèõ ñîñòîÿíèé. Óêàçàííûé íåäîñòàòîê ïðîÿâëÿåòñÿ ïðè ñòðîèòåëüñòâå ñâåðõïðîòÿæåííûõ áåçðåãåíåðàöèîííûõ ñåãìåíòîâ ñ êàñêàäîì îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé, îãðàíè÷èâàÿ ðàññòîÿíèÿ ìåæäó óñèëèòåëÿìè. Åñòü ïóòè ïðåîäîëåíèÿ ýòîé ïðîáëåìû, è ïðîèçâîäèòåëè ñîáèðàþòñÿ ïîñòàâëÿòü ñëåäóþùåå ïîêîëåíèå ôòîð-öèðêîíàòíûõ óñèëèòåëåé EDFA, èìåþùèõ ðîâíûé ïðîôèëü, íèçêèé óðîâåíü øóìîâ è áîëåå âûñîêóþ íàäåæíîñòü.
Ëèòåðàòóðà ê ãëàâå 4 1. Âîëîêîííî-îïòè÷åñêèå ñèñòåìû ñâÿçè íà ÃÒÑ: Ñïðàâî÷íèê / Á. Ç. Áåðëèí, À. Ñ. Áðèñêåð, Â. Ñ. Èâàíîâ – Ì.: Ðàäèî è ñâÿçü, 1994. – 160 c. 2. Âîëîêîííî-îïòè÷åñêèå ñèñòåìû ïåðåäà÷è è êàáåëè: Ñïðàâî÷íèê / È. È. Ãðîäíåâ, À. Ã. Ìóðàäÿí, Ð. Ì. Øàðàôóòäèíîâ è äð. – Ì.: Ðàäèî è ñâÿçü, 1993. – 264 c. 3. K. Vilhelmsson. Continuously Tunable External-Cavity Semiconductor Laser, Radians Innova AB, Box 14194, S – 400 20 Goteborg, Sweden, 1996. – 2 p., http://www.radians.se/laser/extprin.html 4. J. Hecht. Understanding Fiber Optics, Sams Publishing, 1993. – 477 p. 5. Ronald Shamus. "Optoelectonic Components", EE535 Homework 5, 1996, http://bugs.wpi.edu:8080/EE535/hwk96/hwk5cd96/rshamus/rshamus.html 6. F. Halsall. Data Communications, Computer Networks and Open Systems, Addison-Wesley, 1996. – 907 p. 7. The Johnson-Nyquist Formula, 1998, http://www.tip.csiro.au/~fgreen/jnyq2.html 94
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
8. A. Mills. Understanding FDDI: A 100 Mbps Solutions for Today’s Corporate LANs, Prentice Hall, 1995. – 277 p. 9. FDDI Multimode to Singlemode Converter N320FD. Catalog – NBase, 1996, http://www.nbase.com 10. ATM Multimode to Singlemode Converter N420ATM. Catalog – NBase, 1996, http://www.nbase.com 11. Semiconductor Optical Amplifiers. Lawrence Livermore National Laboratory, May 1995, http://www-phys.llnl.gov/H_Div/photonics/SOA.html 12. Semiconductor and Erbium-Doped Fibre Amplifiers (EDFA), Australian Photonics CRC, 1998, http://www.vislab.usyd.edu.au/vislab/photonics/ 13. Optoelectronics in Japan and the United States. JTEC/WTEC, Feb. 1996, http://itri.loyola.edu/opto/toc.htm 14. T. Fuerst. "Today's Optical Amplifiers Enable Tomorrow's Optical Layer", Lightwave, July 1997. (pp. 47-48) 15. T. Fuerst. "Optical Layer Planning Requires Flexibility", Lightwave, October 1997. (pp. 50-51) 16. P. Myslinski, D. Nguyen, J. Chrostowski. "Effect of Concentration and Clusters in Erbium-Doped Fibre Amplifiers", paper WP3, Conference on Optical Fibre Communications, OFC'95, San Diego, CA, Feb.–Mar.,1995 17. S. B. Alexander. "WDM Network Operation Calls for Close Control of Parameters", Lightwave, June, 1997. (pp. 27-32) 18. K. M. Kissa, D. J. Fritz. "AOTFs Route Traffic in WDM Networks", Lightwave, June 1996. (pp. 6466)
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
95
5. Ñåòè ïåðåäà÷è äàííûõ 5.1. Ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå  ëîêàëüíûõ è îñîáåííî â ïðîòÿæåííûõ ñåòÿõ åìêîñòè ìàãèñòðàëüíûõ ëèíèé ñâÿçè îáû÷íî çíà÷èòåëüíî ïðåâûøàþò åìêîñòè ïåðåäà÷ îòäåëüíûõ ïðèëîæåíèé. Ýòî äåëàåòñÿ ñ öåëüþ îäíîâðåìåííîé ïåðåäà÷è ìíîæåñòâà òàêèõ ïðèëîæåíèé. Äîïîëíèòåëüíî, ñàìè ïðèëîæåíèÿ ìîãóò èìåòü ðàçíóþ ïðèðîäó, íàïðèìåð, ýòî ìîæåò áûòü ïåðåäà÷à ïîñòîÿííîãî áèòîâîãî ïîòîêà èëè ïåðåäà÷à ôàéëîâ äàííûõ. Ñ öåëüþ ïîâûøåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè ïåðåäàþùåé ñðåäû (íîñèòåëÿ) è åå àäàïòàöèè ïîä ìíîæåñòâî ðàçíîðîäíûõ ïðèëîæåíèé ïðèìåíÿåòñÿ ïåðåäà÷à îäíîâðåìåííî ñðàçó íåñêîëüêèõ èíôîðìàöèîííûõ ñèãíàëîâ â îäíîì íîñèòåëå – ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå. Ðàçëè÷àþò äâà îñíîâíûõ âèäà ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ: •
×àñòîòíîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå1 FDM: êàæäîìó ñèãíàëó îòâîäèòñÿ îïðåäåëåííàÿ äîëÿ âñåé ÷àñòîòíîé ïîëîñû íîñèòåëÿ, òàê ÷òî íà îäíîì íîñèòåëå ñóùåñòâóþò îäíîâðåìåííî ñðàçó íåñêîëüêî ñèãíàëîâ.
•
Âðåìåííóå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå2 TDM: ñèãíàëó êàæäîãî ïðèëîæåíèÿ âûäåëÿåòñÿ âñÿ ïîëîñà íîñèòåëÿ, íî íà êîðîòêèé ïðîìåæóòîê âðåìåíè – òàéì-ñëîò, òàê ÷òî ìóëüòèïëåêñíûé ñèãíàë ïðåäñòàâëÿåòñÿ â âèäå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ñìåíÿþùèõ äðóã äðóãà òàéì-ñëîòîâ, îòâåòñòâåííûõ çà ðàçíûå ïðèëîæåíèÿ.  ðàìêàõ TDM ðàçëè÷àþò ñèíõðîííîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå (êàæäîìó ïðèëîæåíèþ ñîîòâåòñòâóåò òàéì-ñëîò (âîçìîæíî íåñêîëüêî òàéì-ñëîòîâ) ñ îïðåäåëåííûì ïîðÿäêîâûì íîìåðîì â ïåðèîäè÷åñêîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ñëîòîâ, è àñèíõðîííîå èëè ñòàòèñòè÷åñêîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå, êîãäà ïðèïèñûâàíèå òàéì-ñëîòîâ ïðèëîæåíèÿì ïðîèñõîäèò áîëåå ñâîáîäíûì îáðàçîì, íàïðèìåð, ïî òðåáîâàíèþ.
Íà ðèñ. 5.1 ïîêàçàíû ñõåìû ðàçìåùåíèÿ êàíàëîâ ïðè FDM è TDM. Óñòðîéñòâî, ïðèíèìàþùåå íåñêîëüêî êàíàëîâ îò ðàçíûõ ïðèëîæåíèé (íàïðèìåð, ãîëîñ, âèäåî, äàííûå) è ïåðåäàþùåå èõ â âèäå ìóëüòèïëåêñíîãî ñèãíàëà íà îäíîì íîñèòåëå, íàçûâàåòñÿ ìóëüòèïëåêñîðîì MUX, à óñòðîéñòâî, âûïîëíÿþùåå îáðàòíóþ ôóíêöèþ íà äðóãîì êîíöå – äåìóëüòèïëåêñîðîì DEMUX. Îáû÷íî â ñèñòåìàõ äâóíàïðàâëåííîé ñâÿçè ôóíêöèè ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ è äåìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ ñîâìåùàþòñÿ â îäíîì óñòðîéñòâå, êîòîðîå òàêæå íàçûâàåòñÿ ìóëüòèïëåêñîðîì.
×àñòîòíîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå FDM ×àñòîòíîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå (ðèñ. 5.1 à) ðàñïðîñòðàíåíî â ñèñòåìàõ áåñïðîâîäíîé ðàäèîñâÿçè, â ìîáèëüíûõ òåëåôîííûõ ñèñòåìàõ, â àáîíåíòñêèõ òåëåâèçèîííûõ ñèñòåìàõ, âêëþ÷àÿ êàáåëüíîå òåëåâèäåíèå è òåëåôîíèþ. Êàíàëû, ïðåäñòàâëåííûå â ìóëüòèïëåêñíîì ñèãíàëå, ìîãóò áûòü êàê àíàëîãîâûìè, òàê è öèôðîâûìè.  ñåòÿõ øèðîêîâåùàòåëüíîãî òåëåâèäåíèÿ ñíà÷àëà èñõîäíûå íèçêî÷àñòîòíûå òåëåâèçèîííûå ñèãíàëû îò ïåðåäàþùèõ óñòðîéñòâ ñìåùàþòñÿ ïîñðåäñòâîì ìîäóëÿöèè â îïðåäåëåííûå, îòâåäåííûå ñïåöèàëüíî äëÿ íèõ îáëàñòè ñïåêòðà – êàæäîé îáëàñòè îòâîäèòñÿ ïîëîñà 6,5 ÌÃö. Çàòåì òàêîé ìóëüòèïëåêñíûé øèðîêîïîëîñíûé ñèãíàë (äî 860 ÌÃö) ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ ïî ýôèðó èëè â êîàêñèàëüíîé êàáåëüíîé ñèñòåìå îò ëîêàëüíûõ ñòóäèé êàáåëüíîãî òåëåâèäåíèÿ ê àáîíåíòàì. Ðàçíîâèäíîñòüþ FDM ÿâëÿåòñÿ âîëíîâîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå WDM, ïðèìåíÿåìîå â âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ñèñòåìàõ ïåðåäà÷. Ïðåèìóùåñòâåííî èñïîëüçóåòñÿ îáëàñòü ñïåêòðà îò 1,3 íì (230 ÒÃö) äî 1,6 íì (188 ÒÃö). Äëÿ ïëîòíîãî âîëíîâîãî ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ èñïîëüçóåòñÿ îáëàñòü ñïåêòðà 1530-1560 íì.
Ñèíõðîííîå âðåìåííîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå Ñèíõðîííîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå îáúåäèíÿåò n íèçêîñêîðîñòíûõ öèôðîâûõ êàíàëîâ (èëè n ïåðèîäè÷åñêè ïîâòîðÿþùèõñÿ ðàâíûõ ïî äëèòåëüíîñòè òàéì-ñëîòîâ) âíóòðè îäíîãî íîñèòåëÿ. Ñ öåëüþ ëó÷øåé ñèíõðîíèçàöèè íåïðåðûâíîãî áèòîâîãî ïîòîêà, â ìóëüòèïëåêñîðàõ èñïîëüçóþòñÿ òàéìåðû ñ âûñîêèì ñòàíäàðòîì ÷àñòîòû. Íà ðèñ. 5.1 á ïîêàçàíà ñõåìà ñëåäîâà1 2
Òàêæå èñïîëüçóåòñÿ òåðìèí ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå ñ ÷àñòîòíûì óïëîòíåíèåì. Òàêæå èñïîëüçóåòñÿ òåðìèí ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå ñ ðàçäåëåíèåì âðåìåíè.
96
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
íèÿ òàéì-ñëîòîâ ïðè12-êàíàëüíîì TDM. Òàéì-ñëîòû ñ íîìåðîì 1 ñîîòâåòñòâóþò ïåðâîìó ïðèëîæåíèþ, ñ íîìåðîì 2 – âòîðîìó è ò.ä. Åìêîñòü îòäåëüíîãî ïðèëîæåíèÿ – åìêîñòü òàéì-ñëîòà – ðàâíà W n , ãäå W – ïîëíàÿ ïîëîñà íîñèòåëÿ. Åìêèå ïðèëîæåíèÿ ìîãóò çàíèìàòü ïîëîñó â íåñêîëüêî òàéì-ñëîòîâ.
Частота Канал 12 11
Полоса носителя
10 9 8 7
Размещено 12 каналов на одном носителе
6 5 4 3 2 Канал 1
Время
а) Частотное мультиплексирование, FDM
Полоса носителя
Частота
Периодически повторяющиеся 12 тайм-слотов (приложений)
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 и т. д.
б) Временное мультиплексирование, TDM
Время
Ðèñ. 5.1. Îñíîâíûå âèäû ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ
Åñëè îò îäíîãî èç ïðèëîæåíèé íå ïîñòóïàþò äàííûå, ìóëüòèïëåêñîð íå ñáðàñûâàåò òàéì-ñëîòû ýòîãî ïðèëîæåíèÿ â ñêîðîñòíîì êàíàëå è îñòàâëÿåò äëÿ íåãî ïðåæíþþ ïîëîñó W n . Íèêàêîìó äðóãîìó ïðèëîæåíèþ ýòà ïîëîñà íå äîñòóïíà. Áîëåå òîãî, íè îäíî èç ïðèëîæåíèé íå ìîæåò ïîëó÷èòü áîëüøóþ ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ, ÷åì òó, êîòîðàÿ îòâîäèòñÿ. Ýòî – îñîáåííîñòü ñèíõðîííîãî ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ. Ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå ìîæåò ïðîèñõîäèòü íà îêòåòíîì, áèòîâîì èëè êàäðîâîì óðîâíå. Ïðè ìóëüòèïëåêñèðîâàíèè íà îêòåòíîì óðîâíå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè â 8 áèòîâ îò êàæäîãî èç n ïðèëîæåíèé – îêòåòû – öèêëè÷åñêè ñìåíÿþò äðóã äðóãà. Çàäåðæêà íà âðåìÿ áóôåðèçàöèè îäíîãî îêòåòà âîçíèêàåò ìåæäó âõîäíûì íèçêîñêîðîñòíûì è âûõîäíûì ìóëüòèïëåêñíûì ïîòîêàìè. Ïðè ìóëüòèïëåêñèðîâàíèè íà áèòîâîì óðîâíå ïðîèñõîäèò ïîáèòîâîå ñìåøèâàíèå âõîäíûõ ïîòîêîâ. Áîëåå êðèòè÷íûìè, â ýòîì ñëó÷àå, ñòàíîâÿòñÿ òðåáîâàíèÿ ê âðåìåííûì õàðàêòåðèñòèêàì, íî è óìåíüøàåòñÿ çàäåðæêà, âíîñèìàÿ ìóëüòèïëåêñîðîì.  ãîðîäñêèõ êîììóòèðóåìûõ òåëåôîííûõ ñåòÿõ ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå íà áèòîâîì óðîâíå èñïîëüçóåòñÿ ïðè ïîñòðîåíèè ñêîðîñòíûõ ìóëüòèïëåêñíûõ êàíàëîâ. Ïðè ìóëüòèïëåêñèðîâàíèè íà êàäðîâîì óðîâíå êàäðû (ñïåöèàëüíûå áèòîâûå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ñ çàãîëîâêîì, ñèãíàëüíûìè ïîëÿìè è ïîëÿìè äàííûõ) èç âõîäíûõ íèçêîñêîðîñòíûõ
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
97
êàíàëîâ ñìåøèâàþòñÿ â âûõîäíîì ìóëüòèïëåêñíîì êàíàëå. Ýòîò âèä ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ õàðàêòåðåí ïðè ïîñòðîåíèè àñèíõðîííûõ ìóëüòèïëåêñîðîâ. Ëîãè÷åñêàÿ òîïîëîãèÿ îïðåäåëÿåò õàðàêòåð äâèæåíèÿ äàííûõ â ìóëüòèïëåêñíîì êàíàëå. Òðè îñíîâíûõ òèïà ëîãè÷åñêîé òîïîëîãèè ìîãóò èìåòü ñèíõðîííûå ìóëüòèïëåêñíûå ñèñòåìû: ñîåäèíåíèå "òî÷êà-òî÷êà", öåïíîå ñîåäèíåíèå è êîëüöåâîå ñîåäèíåíèå, ðèñ. 5.2. Äîïóñêàþòñÿ áîëåå ñëîæíûå ñìåøàííûå ëîãè÷åñêèå òîïîëîãèè. "точка-точка"
"кольцо" входы выходы
выходы
входы выходы
входы входы выходы
"цепная линия"
входы выходы
выходы
входы входы выходы
входы выходы
входы выходы
Ðèñ. 5.2. Îñíîâíûå òèïû ëîãè÷åñêîé òîïîëîãèè ìóëüòèïëåêñíûõ ñèñòåì
Первичное кольцо
Поврежден канал
Вторичное кольцо
Нормальный режим
Поврежден MUX
Ðèñ. 5.3. Ôèçè÷åñêàÿ òîïîëîãèÿ "äâîéíîå TDM êîëüöî" ïîâûøàåò íàäåæíîñòü ñåòè â ñëó÷àå ïîâðåæäåíèÿ îäíîãî èç ñåãìåíòîâ ñåòè èëè âûõîäà èç ñòðîÿ îäíîãî èç ìóëüòèïëåêñîðîâ
Ôèçè÷åñêàÿ òîïîëîãèÿ îïðåäåëÿåò ñòðóêòóðó êàáåëüíîé ñèñòåìû. Äëÿ ïîâûøåíèÿ íàäåæíîñòè ñëîæíûå ìóëüòèïëåêñíûå ñåòè, èñïîëüçóþùèå ëîãè÷åñêóþ òîïîëîãèþ "êîëüöî", äåëàþò ñ èñïîëüçîâàíèåì ôèçè÷åñêîé òîïîëîãèè "äâîéíîå êîëüöî", ðèñ. 5.3.  íîðìàëüíîì ñîñòîÿíèè àêòèâíî ïåðâè÷íîå êîëüöî – ïî âòîðè÷íîìó êîëüöó äàííûå íå èäóò. Ïðè ïîâðåæäåíèÿõ êàíàëà ñâÿçè èëè îäíîãî èç ìóëüòèïëåêñîðîâ ïðîèñõîäèò ñâåðòûâàíèå ëîãè÷åñêîãî êîëüöà ñ âîññòàíîâëåíèåì åãî öåëîñòíîñòè, ïðè êîòîðîì àêòèâèçèðóåòñÿ âòîðè÷íîå êîëüöî – îáùàÿ öåëîñòíîñòü ñåòè òàêæå ñîõðàíÿåòñÿ. Ôèçè÷åñêàÿ òîïîëîãèÿ "äâîéíîå êîëüöî" èñïîëüçóåòñÿ è â ñåòÿõ SDH, à òàêæå â íåêîòîðûõ ëîêàëüíûõ ñåòÿõ Token Ring, DQDB, FDDI. Ïî êàæäîìó èç êàíàëîâ ìóëüòèïëåêñîð ìîæåò ïîääåðæèâàòü îäíó èç øåñòè ôóíêöèé âûäåëåíèÿ, äîáàâëåíèÿ èëè ïðîïóñêàíèÿ êàíàëîâ (drop-add-pass), ðèñ. 5.4: 1.
"Drop & Add" (âûäåëåíèå è äîáàâëåíèå êàíàëà). Ýòó ôóíêöèþ ìîãóò ïîääåðæèâàòü ìóëüòèïëåêñîðû êàê ïðè öåïíîé (íà ïðîìåæóòî÷íûõ óçëàõ), òàê è ïðè êîëüöåâîé ëîãè÷åñêèõ òîïîëîãèÿõ. Ïðè öåïíîé òîïîëîãèè îäèí âûõîäíîé êàíàë ìîæåò áûòü çàìåíåí íà äðóãîé, íàïðèìåð, ïðè èñïîëüçîâàíèè ñïåöèàëüíûõ ìóëüòèïëåêñîðîâ äëÿ ìåæñòóäèéíîãî îáìå-
98
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
íà â ñåòÿõ öèôðîâîãî êàáåëüíîãî òåëåâèäåíèÿ. Ïðè êîëüöåâîé òîïîëîãèè ýòîé ôóíêöèåé ìîãóò îáëàäàòü äâà èëè áîëåå ìóëüòèïëåêñîðîâ, êîòîðûå ñîîáùà èñïîëüçóþò äàííûé TDM êàíàë, íàïðèìåð, ïðè îðãàíèçàöèè óäàëåííîé ñâÿçè ñåòåé Ethernet èëè Token Ring. Ôàêòè÷åñêè ïðîèñõîäèò ïîäìåíà èíôîðìàöèè â ñîîòâåòñòâóþùèõ òàéì-ñëîòàõ. 2.
"Drop & Pass" (âûäåëåíèå è ïðîïóñêàíèå). Ýòà ôóíêöèÿ íàèáîëåå õàðàêòåðíà äëÿ ôèçè÷åñêîé òîïîëîãèè "öåïíàÿ ëèíèÿ". Îñíîâíàÿ çàäà÷à – ðàçìíîæèòü èíôîðìàöèîííûé ïîòîê. Ñòðóêòóðà ðåòðàíñëèðóåìûõ â ìóëüòèïëåêñíûé êàíàë òàéì-ñëîòîâ îñòàåòñÿ áåç èçìåíåíèÿ.
3.
"Pass Only" (òîëüêî ïðîïóñêàíèå). Ýòà ôóíêöèÿ îáû÷íî àâòîìàòè÷åñêè îòðàáàòûâàåòñÿ ìóëüòèïëåêñîðîì, åñëè â ôèçè÷åñêèé ñëîò ìóëüòèïëåêñîðà, ñîîòâåòñòâóþùèé äàííîìó êàíàëó (íîìåðó òàéì-ñëîòà), íå óñòàíîâëåí íè îäèí ìîäóëü.
4.
"Terminate & Add" (ïðåðâàòü è äîáàâèòü). Ýòà ôóíêöèÿ ïîäìåíÿåò èíôîðìàöèþ â òàéìñëîòàõ ñîîòâåòñòâóþùåãî êàíàëà íà íîâóþ, âçÿòóþ èç âõîäíîãî íèçêîñêîðîñòíîãî êàíàëà. Ïðåæíÿÿ èíôîðìàöèÿ íå âûâîäèòñÿ íàðóæó è ñòàíîâèòñÿ íåäîñòóïíîé êàê äëÿ òåêóùåãî, òàê è äëÿ ïîñëåäóþùèõ ìóëüòèïëåêñîðîâ. Ýòà ôóíêöèÿ ôàêòè÷åñêè ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ íà÷àëüíîãî (ìàñòåð) ìóëüòèïëåêñîðà ïðè ôèçè÷åñêîé òîïîëîãèè "öåïíàÿ ëèíèÿ".
5.
"Drop Only" (òîëüêî âûäåëåíèå). Ýòà ôóíêöèÿ õàðàêòåðíà äëÿ êîíå÷íîãî ìóëüòèïëåêñîðà ïðè ôèçè÷åñêîé òîïîëîãèè "öåïíàÿ ëèíèÿ".
6.
"Terminate" (ïðåðûâàíèå). Ýòà ôóíêöèÿ õàðàêòåðíà äëÿ êîíå÷íîãî ìóëüòèïëåêñîðà ïðè ôèçè÷åñêîé òîïîëîãèè "öåïíàÿ ëèíèÿ". Ôóíêöèÿ àâòîìàòè÷åñêè îòðàáàòûâàåòñÿ êîíå÷íûì ìóëüòèïëåêñîðîì, åñëè â ôèçè÷åñêèé ñëîò ìóëüòèïëåêñîðà, ñîîòâåòñòâóþùèé äàííîìó êàíàëó (íîìåðó òàéì-ñëîòà), íå óñòàíîâëåí íè îäèí ìîäóëü.
Drop & Add
1
Drop & Pass
2
Pass Only
3
Terminate & Add
4
Drop Only
Terminate
5
6
Ðèñ. 5.4. Ôóíêöèè âûäåëåíèÿ, äîáàâëåíèÿ è ïðîïóñêàíèÿ êàíàëà
 ïðàêòè÷åñêèõ ðåàëèçàöèÿõ ñêîðîñòíîé ìóëüòèïëåêñíûé êàíàë ñòðîèòñÿ ïðåèìóùåñòâåííî íà îñíîâå âîëîêîííî-îïòè÷åñêîãî èíòåðôåéñà. Ñóùåñòâóåò îãðîìíîå ðàçíîîáðàçèå ìóëüòèïëåêñîðîâ, èñïîëüçóþùèõ âîëîêîííî-îïòè÷åñêóþ TDM-ìàãèñòðàëü. Îïòè÷åñêèé ìîäåì-ìóëüòèïëåêñîð Optimux ïðîèçâîäñòâà RAD. Âíåøíèé âèä è ñõåìà âêëþ÷åíèÿ ìîäåìà ïîêàçàíû íà ðèñ. 5.5, à â òàáë. 5.1 ïðèâåäåíû òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè.
E1 E1 E1 E1
пара оптических волокон
E1 E1 E1 E1
служебный канал
Ðèñ. 5.5. Âíåøíèé âèä è ñõåìà ïîäêëþ÷åíèÿ îïòè÷åñêîãî ìîäåìà-ìóëüòèïëåêñîðà Optimux ïðîèçâîäñòâà RAD Data Communications
Àíàëîãè÷íûå îïòè÷åñêèå ìîäåìû-ìóëüòèïëåêñîðû, òàêæå øèðîêî èñïîëüçóåìûå íà ðîññèéñêîì ðûíêå, âûïóñêàþòñÿ ôèðìàìè: ADC Telecommunications – ïðîäóêò Quad Fiber Loop Converter, 4xE1 [2]; è Pan Dacom – ïðîäóêò FME-H, 6xE1 [3])
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
99
Òàáëèöà 5.1. Îñíîâíûå òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè îïòè÷åñêîãî ìîäåìà-ìóëüòèïëåêñîðà Optimux ïðîèçâîäñòâà RAD Data Communications [1] Òèï ëîãè÷åñêîãî ñîåäèíåíèÿ
òî÷êà-òî÷êà
Òèï ôèçè÷åñêîãî ñîåäèíåíèÿ
òî÷êà-òî÷êà
Ïîëíàÿ åìêîñòü ìóëüòèïëåêñíîãî êàíàëà, Ìáèò/ñ
8 (êàíàë E2)
Òèï ñðåäû ïåðåäà÷è
îïòè÷åñêîå âîëîêíî ìíîãîìîäîâîå (mm) / îäíîìîäîâîå (sm), êîàêñèàëüíûé êàáåëü
Îïòè÷åñêèå ïåðåäàò÷èêè (LED – ñâåòîäèîä, LD – ëàçåðíûé äèîä)
850 íì mm LED /1300 íì sm LED / 1300 íì sm LD / 1550 íì sm LD
Òèï îïòè÷åñêèõ ñîåäèíèòåëåé
ST, SC èëè FC
Ìàêñèìàëüíîå ðàññòîÿíèå îïòè÷åñêîãî ñåãìåíòà, êì
75
×èñëî âõîäíûõ êàíàëîâ E1
4
Ïîääåðæèâàåìûå èíòåðôåéñû ïî íèçêîñêîðîñòíûì âõîäíûì êàíàëàì Äðóãèå õàðàêòåðèñòèêè
ITU G.703, G.742, G.823, G.956 Ãîëîñîâîé ñëóæåáíûé êàíàë, äîïóñêàåòñÿ ðåçåðâèðîâàíèå ïî êàíàëó ñâÿçè (àâòîìàòè÷åñêîå ðåêîíôèãóðèðîâàíèå ïðè ïîâðåæäåíèè) è ïî ïèòàíèþ, óïðàâëåíèå ÷åðåç ASCII òåðìèíàë èëè ïî SNMP ïðîòîêîëó
Ìîäóëüíûé TDM ìóëüòèïëåêñîð MagnumPlus ôèðìû ADC Kentrox. Ýòî – áîëåå óíèâåðñàëüíîå è áîëåå ìîùíîå ðåøåíèå, äîïóñêàþùåå ïåðåäà÷ó ìíîæåñòâà ðàçëè÷íûõ ïðîòîêîëîâ. Åãî îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè ïðèâåäåíû â òàáë. 5.2. Îòìåòèì, ÷òî ëîãè÷åñêàÿ òîïîëîãèÿ âçàèìîäåéñòâèÿ ìóëüòèïëåêñîðîâ MagnumPlus ïî TDM ìàãèñòðàëè áàçèðóåòñÿ íà êîëüöå, â òî âðåìÿ êàê ôèçè÷åñêîå ñîåäèíåíèå ìîæåò áûòü êàê òî÷êà-òî÷êà, êîëüöî, èëè öåïíàÿ ëèíèÿ. Êîëüöåâàÿ ëîãè÷åñêàÿ òîïîëîãèÿ íåîáõîäèìà äëÿ äèñòàíöèîííîãî ìîíèòîðèíãà è óïðàâëåíèÿ ìóëüòèïëåêñîðàìè íà îñíîâå TDM ìàãèñòðàëè. Ïðè èíèöèàëèçàöèè TDM ìàãèñòðàëè îäíî èç óñòðîéñòâ àâòîìàòè÷åñêè âûáèðàåòñÿ ìàñòåðîì – ïî íåìó ñèíõðîíèçèðóþòñÿ âñå îñòàëüíûå óñòðîéñòâà. Ïðè ïîäêëþ÷åíèè ìóëüòèïëåêñîðîâ ÷åðåç ñåòü SDH, ñèíõðîíèçàöèÿ ïðîèñõîäèò îò SDH ìàãèñòðàëè.
Òàáëèöà 5.2. Îñíîâíûå òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ìóëüòèïëåêñîðà MagnumPlus [4] Òèï ëîãè÷åñêîãî ñîåäèíåíèÿ
êîëüöî
Òèï ôèçè÷åñêîãî ñîåäèíåíèÿ
òî÷êà-òî÷êà, äâîéíîå êîëüöî, öåïíàÿ ëèíèÿ
Ïîëíàÿ åìêîñòü ìóëüòèïëåêñíîãî êàíàëà, Ìáèò/ñ
155 (âîçìîæíî ïîäêëþ÷åíèå óñòðîéñòâ ÷åðåç ìàãèñòðàëü STM-1)
Òèï ñðåäû ïåðåäà÷è
îïòè÷åñêîå âîëîêíî ìíîãîìîäîâîå (mm)/ îäíîìîäîâîå (sm)
Õàðàêòåðèñòèêè ìîäóëåé îáùåé ëîãèêè
1300 íì: mm, 12 äÁ / mm, 20 äÁ / sm, 20 äÁ / sm, 30 äÁ 1550 íì: sm, 20 äÁ
×èñëî òàéì-ñëîòîâ â ìóëüòèïëåêñíîì êàíàëå ×èñëî In/Out ñëîòîâ íà îäíî øàññè Åìêîñòü òàéì-ñëîòà, Ìáèò/ñ
28 8 (ãèáêîå ïðèïèñûâàíèå ôèçè÷åñêèõ ñëîòîâ ê òàéì-ñëîòàì) 4,7
Ïîääåðæèâàåìûå èíòåðôåéñû ïî íèçêîñêîðîñòíûì âõîäíûì êàíàëàì
Ethernet, Token Ring, EIA RS-449/RS-422, V.35, RS-232, RS-530, E1/T1, IBM 3270, AS/400, System/3X
Äðóãèå õàðàêòåðèñòèêè
Äîïóñêàåòñÿ ðåçåðâèðîâàíèå ïî êàíàëó ñâÿçè (àâòîìàòè÷åñêîå ðåêîíôèãóðèðîâàíèå äâîéíîãî êîëüöà ïðè ïîâðåæäåíèè) è ïî ïèòàíèþ, óïðàâëåíèå ïî SNMP ïðîòîêîëó, ãèáêîå ïðèïèñûâàíèå In/Out ìîäóëåé â ôèçè÷åñêèõ ñëîòàõ ê òàéì-ñëîòàì
100
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Ìîäóëè MagnumPlus, ðèñ. 5.6: •
Èíòåðôåéñíûå ìîäóëè (IN/OUT). ×òîáû óäîâëåòâîðèòü òåì èëè èíûì ñïåöèôè÷åñêèì òðåáîâàíèÿì, èìååòñÿ áîëüøîå ðàçíîîáðàçèå ìîäóëåé, ñðåäè êîòîðûõ – ìîäóëè Ethernet Switch (ðàçúåì AUI, BNC, F/O), Token Ring 4 èëè 16 Ìáèò/ñ (ðàçúåì DB9), E1 (G.703);
•
Ìîäóëè ïèòàíèÿ. Ïèòàíèå ìîæåò îñóùåñòâëÿòüñÿ îò 48V DC, 110V AC, 220V AC. Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ çàùèòû íà ñëó÷àé âûõîäà èç ñòðîÿ áëîêà ïèòàíèÿ äîïóñêàåòñÿ óñòàíîâêà äî äâóõ áëîêîâ ïèòàíèÿ ñ ðàñïðåäåëÿåìîé íàãðóçêîé;
•
Ìîäóëü êîíòðîëüíîé ëîãèêè. Íåîáÿçàòåëüíûé ìîäóëü, ïîçâîëÿþùèé îñóùåñòâëÿòü äèñòàíöèîííîå SNMP óïðàâëåíèå è ìîíèòîðèíã;
•
Ìîäóëè îáùåé ëîãèêè. Îáåñïå÷èâàþò âñå íåîáõîäèìûå âîçìîæíîñòè ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ è äåìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ íà îñíîâå âîëîêîííî-îïòè÷åñêîãî èíòåðôåéñà (155 Ìáèò/ñ) èëè èíòåðôåéñà íà êîàêñèàëüíîì êàáåëå (DS3, 45 Ìáèò/ñ).
Подключение к основному (дополнительному) шасси
Интерфейсные IN/OUT модули
Статусная индикация Тестовые индикаторы источников питания Питание оптического обходного переключателя
1 2 3 4 5 6 7 8
Модуль контрольной логики Модули общей логики
Ðèñ. 5.6. Âèä øàññè ìóëüòèïëåêñîðà MagnumPlus ïðîèçâîäñòâà ADC Kentrox
Ïîõîæèå ìîäóëüíûå TDM ìóëüòèïëåêñîðû âûïóñêàþòñÿ ôèðìàìè NBase-Fibronics (MultiHUB) [5] è Racal Data Group (PremNet 5000, PremNet Branch) [6]. Ñèíõðîííàÿ öèôðîâàÿ èåðàðõèÿ SDH – íàèáîëåå øèðîêî ðàñïðîñòðàíåííàÿ òåõíîëîãèÿ ñèíõðîííîãî âðåìåííîãî ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ – ðàññìàòðèâàåòñÿ â ãëàâå 8.
Ñòàòèñòè÷åñêîå (àñèíõðîííîå) âðåìåííîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå Âçðûâíàÿ ïðèðîäà òðàôèêà, ñâîéñòâåííàÿ ñåòÿì ïåðåäà÷è äàííûõ, ïðèâåëà ê ðàçðàáîòêå áîëåå ãèáêîãî ìåòîäà ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ – ñòàòèñòè÷åñêîãî.  ýòîì ìåòîäå òàéì-ñëîòû íå ïðèïèñûâàþòñÿ æåñòêî çà êàíàëàìè è ìîãóò áîëåå ñâîáîäíî ðàñïðåäåëÿòüñÿ ïîä ïðèõîäÿùèå ïî ðàçíûì êàíàëàì äàííûå. Âðåìåíà ïðèáûòèÿ äàííûõ, à íå íîìåðà íèçêîñêîðîñòíûõ êàíàëîâ îïðåäåëÿþò ïîñëåäîâàòåëüíîñòü, â êîòîðîé äàííûå îò ðàçíûõ êàíàëîâ ðàçìåùàþòñÿ â òàéì-ñëîòû. Êàæäûé ðàç, êîãäà òàéì-ñëîò èñïóñêàåòñÿ â ìóëüòèïëåêñíóþ ëèíèþ, ìóëüòèïëåêñîð äîáàâëÿåò ê íåìó ñïåöèàëüíûé èäåíòèôèêàòîð, ïî êîòîðîìó äåìóëüòèïëåêñîð íà äðóãîì êîíöå îïðåäåëÿåò, â êàêîé âûõîäíîé êàíàë ïåðåíàïðàâèòü ñîäåðæèìîå äàííîãî òàéìñëîòà. Åñëè íà âõîä ìóëüòèïëåêñîðà äàííûå íå ïîñòóïàþò, òî îí ïåðåäàåò ïóñòûå òàéì ñëîòû ñ ïóñòûìè ïîëÿìè èäåíòèôèêàòîðîâ. Àñèíõðîííîñòü âûðàæàåòñÿ íå â àñèíõðîííîì èñïóñêàíèè òàéì-ñëîòîâ – îíè ñëåäóþò ñòðîãî ðåãóëÿðíî, à â äîïóñòèìîñòè àñèíõðîííîãî ðàçìåùåíèÿ ïðèõîäÿùèõ äàííûõ â òàéì-ñëîòû. Çàìåòèì, ÷òî èäåíòèôèêàòîð, âûïîëíÿÿ î÷åíü âàæíóþ ôóíêöèþ â ýòîì ìåòîäå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ, ÿâëÿåòñÿ ñëóæåáíîé èíôîðìàöèåé è, òàêèì îáðàçîì, óìåíüøàåò ïîëîñó, êîòîðàÿ ìîãëà áû èñïîëüçîâàòüñÿ ïîä ïåðåäà÷ó äàííûõ. Ñòàòèñòè÷åñêèé TDM ìóëüòèïëåêñîð ïðåäîñòàâëÿåò ïðèëîæåíèþ òàêóþ ïîëîñó, êîòîðóþ îíî çàïðàøèâàåò, åñëè, êîíå÷íî, ýòà âåëè÷èíà íå ïðåâîñõîäèò ñâîáîäíîé åìêîñòè ìóëüòèïëåêñíîé ëèíèè. Ñóììàðíàÿ âåëè÷èíà ïîëîñ ïðîïóñêàíèÿ íèçêîñêîðîñòíûõ êàíàëîâ, âõîäÿùèõ â ìóëüòèïëåêñîð, ìîæåò ïðåâîñõîäèòü ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ ñêîðîñòíîãî êàíàëà. Èãðà èäåò íà òîì, ÷òî íå âñå íèçêîñêîðîñòíûå ïðèëîæåíèÿ îñóùåñòâëÿþò îäíîâðåìåííî ïåðåäà÷ó.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
101
Ñòàòèñòè÷åñêîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå òðåáóåò áîëåå ñëîæíîãî óïðàâëåíèÿ è çíà÷èòåëüíî áîëüøåé âû÷èñëèòåëüíîé ìîùíîñòè îò îáîðóäîâàíèÿ. Ñíà÷àëà ñòàòèñòè÷åñêîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå áûëî èñïîëüçîâàíî â ñåòÿõ c ïðîòîêîëîì X.25, ïîçæå – â ñåòÿõ Frame Relay è ATM.  òàáë. 5.3 ïðèâåäåí ñðàâíèòåëüíûé àíàëèç ñèíõðîííîãî è ñòàòèñòè÷åñêîãî ìåòîäîâ âðåìåííîãî ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ. Êàê âèäíî èç òàáëèöû, ïðåèìóùåñòâà îäíîãî ìåòîäà ìîæíî ðàññìàòðèâàòü â íåêîòîðîé ñòåïåíè êàê íåäîñòàòêè äðóãîãî.
Òàáëèöà 5.3. Ñèíõðîííîå è ñòàòèñòè÷åñêîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå TDM Ïðåèìóùåñòâà ñèíõðîííîãî TDM
Íåäîñòàòêè ñòàòèñòè÷åñêîãî TDM
•
Ïðîñòàÿ òåõíîëîãèÿ èçãîòîâëåíèÿ ìóëüòèïëåêñîðà
•
Áîëåå ñëîæíàÿ òåõíîëîãèÿ èçãîòîâëåíèÿ ìóëüòèïëåêñîðà, âûøå ñòîèìîñòü
•
Ãàðàíòèðîâàííàÿ ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ äëÿ âñåõ ïðèëîæåíèé, ïîòåðè ïðè ïåðåäà÷å îòñóòñòâóþò
•
Ìîãóò áûòü ïîòåðè èëè çàäåðæêè â ïðèëîæåíèÿõ ñ ìåíüøèì ïðèîðèòåòîì – íå âñåãäà ãàðàíòèðóåòñÿ ïîëîñà
•
Íå òðåáóåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ñïåöèàëüíûõ èäåíòèôèêàòîðîâ êàíàëîâ
•
•
Âûñîêàÿ çàùèùåííîñòü ïîòîêà äàííûõ âíóòðè òàéì-ñëîòà
Òðåáóåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ñïåöèàëüíûõ èäåíòèôèêàòîðîâ êàíàëîâ, êîòîðûå ÿâëÿþòñÿ ñëóæåáíûìè è îòíèìàþò ÷àñòü ïîëîñû. Áîëåå ñëîæíîå êîíôèãóðèðîâàíèå
Ïðåèìóùåñòâà ñòàòèñòè÷åñêîãî TDM
Íåäîñòàòêè ñèíõðîííîãî TDM
•
Âûøå ýôôåêòèâíîñòü ìóëüòèïëåêñíîãî êàíàëà ïðè ðàáîòå ñ ñåòÿìè ïåðåäà÷è äàííûõ
•
Íèçêàÿ ýôôåêòèâíîñòü ïðè ðàáîòå ñ ñåòÿìè ïåðåäà÷è äàííûõ
•
Ïðèëîæåíèå ìîæåò èñïîëüçîâàòü âñþ ïîëîñó êàíàëà, åñëè îí ñâîáîäåí. Åìêèå êðèòè÷åñêèå ê çàäåðæêàì ïðèëîæåíèÿ ìîãóò áûòü áûñòðî ïåðåäàíû
•
Ïðèëîæåíèå ìîæåò èñïîëüçîâàòü òîëüêî åìêîñòü îòâåäåííîãî òàéì-ñëîòà
•
Äîïóñêàåòñÿ ñèñòåìà ïðèîðèòåòîâ ïî ïîëó÷åíèþ äîñòóïà è ê êàíàëó è ïî òðåáóåìîé ïîëîñå äëÿ ïðèëîæåíèÿ
•
Âûñîêàÿ ãèáêîñòü â îðãàíèçàöèè ñîåäèíåíèé
Ïðèìåð 5.1. Ðàñ÷åò ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ñòàòèñòè÷åñêîãî ìóëüòèïëåêñîðà. Äîïóùåíèÿ. Ðàññìîòðèì ðàáîòó ãèïîòåòè÷åñêîãî ñòàòèñòè÷åñêîãî 4-êàíàëüíîãî ìóëüòèïëåêñîðà, ðèñ. 5.7 à [7]. Ïóñòü ìàêñèìàëüíàÿ ñêîðîñòü (ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ) êàæäîãî èç 4-õ âõîäíûõ êàíàëîâ ñîñòàâëÿåò 300 áèò/ñ, à âõîäíûå äàííûå ïðåäñòàâëÿþòñÿ 8-áèòíûìè ñèìâîëàìè â îáêëàäêàõ "ñòàðò" è "ñòîï" áèòîâ.  ïðîöåññå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ áèòû "ñòàðò" è "ñòîï" ñáðàñûâàþòñÿ, à äâà äîïîëíèòåëüíûõ áèòà – ïîëå èäåíòèôèêàòîðà – äîáàâëÿþòñÿ ê òàéì-ñëîòàì â ìóëüòèïëåêñíîì êàíàëå, ÷òî ïðèâîäèò ê îáùåé äëèíå 10 áèò äëÿ òàéì-ñëîòà. Îòêëîíåíèÿ. Èç-çà íåðåãóëÿðíîñòè âõîäíûõ ïîòîêîâ, ñðåäíÿÿ ñêîðîñòü ïî êàæäîìó èç íèçêîñêîðîñòíûõ êàíàëîâ ìåíüøå 300 áèò/ñ. Ìóëüòèïëåêñíûé êàíàë ðàáîòàåò íà ñêîðîñòè 600 áèò/ñ. Òàêèì îáðàçîì, ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ ìóëüòèïëåêñíîãî êàíàëà â äâà ðàçà ìåíüøå ñóììàðíîé åìêîñòè 4-õ íèçêîñêîðîñòíûõ êàíàëîâ. Êàæäûé ñèìâîë, ïðèáûâàþùèé íà ìóëüòèïëåêñîð, ïðåîáðàçóåòñÿ â ñîîòâåòñòâóþùèé òàéì-ñëîò. Åñëè ñèìâîëû ñ ðàçíûõ êàíàëîâ ïðèõîäÿò íà ìóëüòèïëåêñîð îäíîâðåìåííî, îíè îáðàáàòûâàþòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíî â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðåäóñòàíîâêàìè. Ïðè óñëîâèÿõ ðèñ. 5.7 à ñðåäíÿÿ áèòîâàÿ ñêîðîñòü ïî ïåðâîìó êàíàëó ðàâíà 120 áèò/ñ, ïî âòîðîìó – 150 áèò/ñ, ïî òðåòüåìó – 120 áèò/ñ, ïî ÷åòâåðòîìó – 90 áèò/ñ.  èòîãå ñðåäíÿÿ áèòîâàÿ âõîäíàÿ ñêîðîñòü ðàâíà 480 áèò/ñ. Çàãðóæåííîñòü ìóëüòèïëåêñíîãî êàíàëà ñîñòàâëÿåò 80% (çàïîëíåíû 16 ñëîòîâ èç 20). Ýôôåêòèâíîñòü êîäà ðàâíà 80% – êàæäûé òàéì-ñëîò ñîäåðæèò äâóõáèòíûé èäåíòèôèêàòîð, âñëåäñòâèå ÷åãî ïîëåçíàÿ èíôîðìàöèÿ ñîñòàâëÿåò 8 áèò èç 10-òè â òàéì-ñëîòå, â âûõîäíàÿ ñêîðîñòü – 480 áèò/ñ (âûõîä 64% = çàãðóæåííîñòü x ýôôåêòèâíîñòü êîäà).
102
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Äëÿ ñðàâíåíèÿ íà ðèñ. 5.7 á ïðèâåäåíû ïàðàìåòðû ðàáîòû ñèíõðîííîãî ìóëüòèïëåêñîðà. Ýôôåêòèâíîñòü êîäà 100% ÿâëÿåòñÿ ñëåäñòâèåì îòñóòñòâèÿ ïðè ñèíõðîííîì ìóëüòèïëåêñèðîâàíèè ñëóæåáíûõ èäåíòèôèêàòîðîâ ó òàéì-ñëîòîâ.
а)
3
3
4
4
3
3
SMUX
8-битный символ + "старт" и "стоп" биты статистический мультиплексор 300 бит/с тайм-слот, 8 бит + 2 бита (поле идентификатора) 1 1 1 1 Загруженность канала = 80% 2 43 1 21 34 2 2 312 43 1 Эффективность кода = 80% 2 2 2 2 2 Выход = 64% мультиплексный канал 600 бит/с
4
временной интервал
2 41 3
временной интервал
1234
2
23 12 4
Загруженность канала = 36% Эффективность кода = 100% Выход = 36%
31
б) мультиплексный канал 1200 бит/с
Ðèñ. 5.7. Ñõåìà ðàáîòû ñòàòèñòè÷åñêîãî (à) è ñèíõðîííîãî (á) ìóëüòèïëåêñîðîâ
Èíâåðñíîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå Åñëè îáû÷íîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå îáúåäèíÿåò n íèçêîñêîðîñòíûõ êàíàëîâ â îäèí âûñîêîñêîðîñòíîé, òî èíâåðñíîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê îáðàòíóþ ïðîöåäóðó, òî åñòü êàê ñïîñîá ïåðåäà÷è ñêîðîñòíîãî ïîòîêà äàííûõ ïîñðåäñòâîì íåñêîëüêèõ íåçàâèñèìûõ êàíàëîâ ìåíüøåé ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ, êîòîðûå ñóùåñòâóþò íà ïðîìåæóòî÷íîì ó÷àñòêå ìåæäó òî÷êàìè âõîäà è âûõîäà ñêîðîñòíîãî ïîòîêà. Èíâåðñíîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ïåðåäà÷è øèðîêîïîëîñíîãî ñèãíàëà, êîòîðûé íå ñïîñîáåí ðàçìåñòèòüñÿ â îäíîì íåçàâèñèìîì êàíàëå ñóùåñòâóþùåé òåëåêîììóíèêàöèîííîé ñåòè. Íàïðèìåð, ñèãíàë âèäåîêîíôåðåíöèè åìêîñòè 384 Êáèò/ñ íå ìîæåò áûòü ïåðåäàí ïî êàíàëó 64 Êáèò/ñ, íî ìîæåò áûòü ðàçáèò è ðàçìåùåí â øåñòè òàêèõ êàíàëàõ è âíîâü ñîáðàí íà äðóãîì êîíöå. Òàêæå èñïîëüçóþò èíâåðñíîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå, êîãäà ìóëüòèïëåêñîð (èëè êîììóòàòîð) íà ïðîìåæóòî÷íîì óçëå ìàãèñòðàëüíîé ñåòè íå ìîæåò îáðàáàòûâàòü åìêîñòè áîëüøå çàäàííîé, íàïðèìåð 64 Êáèò/ñ. Íà ïðèåìíîé ñòîðîíå èíâåðñíûé äåìóëüòèïëåêñîð ïîëó÷àåò èíôîðìàöèþ ñ ðàçíûõ êàíàëîâ è ïðîâîäèò ñáîðêó ñèãíàëà – ýòà ïðîöåäóðà ìîæåò òðåáîâàòü ïåðåóïîðÿäî÷åíèÿ ïîòîêîâ èç ðàçíûõ ñåãìåíòîâ è êîìïåíñàöèè çàäåðæåê, âîçíèêàþùèõ â ðàçëè÷íûõ íèçêîñêîðîñòíûõ ñåãìåíòàõ. Ïðèíöèïû ðàáîòû èíâåðñíîãî ìóëüòèïëåêñîðà ïîêàçàíû íà ðèñ. 5.8. Инверсный демультиплексор
n низкоскоростных каналов
IDEMUX
Высокоскоростной канал
IMUX
Инверсный мультиплексор
Высокоскоростной канал
Ðèñ. 5.8. Èíâåðñíûé ìóëüòèïëåêñîð
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
103
Èíâåðñíîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå â ÂÎËÑ. Ïðè ïåðåäà÷å øèðîêîïîëîñíîãî ñèãíàëà ïî âîëîêíó íà î÷åíü áîëüøèå ðàññòîÿíèÿ (äî 1000 êì è áîëåå) ïðèõîäèòñÿ ñ÷èòàòüñÿ ñ çàòóõàíèåì è äèñïåðñèåé ñèãíàëà â âîëîêíå. Çàòóõàíèå ìîæíî êîìïåíñèðîâàòü ïðè ïîìîùè îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé (EDFA), óñòàíîâëåííûõ íà ïðîìåæóòî÷íûõ óçëàõ. Äèñïåðñèþ òàêæå ìîæíî óìåíüøàòü, èñïîëüçóÿ ñïåöèàëüíûå ìåòîäû êîìïåíñàöèè äèñïåðñèè (ñì. ãëàâó 2), íî ëèøü äî îïðåäåëåííîãî ïðåäåëà. Êðîìå òîãî, îïòè÷åñêèå óñèëèòåëè âíîñÿò äîïîëíèòåëüíûé øóì. Èç äâóõ îïòè÷åñêèõ ñèãíàëîâ ìåíüøå ïîäâåðæåí âëèÿíèþ øóìà è äèñïåðñèè òîò ñèãíàë, êîòîðûé ìîäóëèðóåòñÿ ìåíüøåé ÷àñòîòîé.  íàñòîÿùåå âðåìÿ ïðîðàáàòûâàþòñÿ ïðîåêòû ïîñòðîåíèÿ ãîðîäñêèõ îïòè÷åñêèõ ñóïåðìàãèñòðàëåé íà ñêîðîñòè 10/100 Ãáèò/ñ.  ïðèìåðå 2.5 (ãëàâà 2) ïðèâåäåíà îöåíêà ìàêñèìàëüíîãî ðàññòîÿíèÿ äëÿ êàíàëà ñ ÷àñòîòîé 100 ÃÃö – 20 êì. Ïðè ïîñòðîåíèè èíòåðñåòåé òàêîé æå âûñîêîé ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòè, åäèíñòâåííûé ñïîñîá ïåðåäàòü øèðîêîïîëîñíûé ñèãíàë – ýòî ðàçáèòü åãî íà ìíîæåñòâî íèçêîñêîðîñòíûõ ñèãíàëîâ, ðèñ. 5.9 [8].  ðåçóëüòàòå ìóëüòèïëåêñíûé ñèãíàë, ïðåäñòàâëåííûé ìíîæåñòâîì äëèí âîëí, ëó÷øå ïðîòèâîñòîèò âëèÿíèþ äèñïåðñèè è âíîñèìîìó øóìó îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé â ïðîòÿæåííîé ëèíèè.  ðàññìîòðåííîì ïðèìåðå èíâåðñíîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå ñîâìåùåíî ñ ÷àñòîòíûì (âðåìåííûì) ìóëüòèïëåêñèðîâàíèåì.
Инверсный MUX 40 разноволновых лазеров Одноволновой оптический сигнал 100 Гбит/c
1310 нм, или 1550 нм
WDM (MUX) 1 2
40 каналов по 2,5 Гбит/с
1, 2
,...,
40
40
Протяженные сегменты волокна
Усилители EDFA
Инверсный DEMUX WDM (DEMUX)
40 приемников 1 2
1,
2,...,
40
40 каналов по 2,5 Гбит/с
Одноволновой оптический сигнал 100 Гбит/c
1310 нм, или 1550 нм
40
Ðèñ. 5.9. Èíâåðñíîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå êàíàëà 100 Ãáèò/ñ â 40 êàíàëîâ 2,5 Ãáèò/ñ
5.2. Ñåòè ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ è ïàêåòîâ Ïåðåäà÷à äàííûõ3 ìåæäó äâóìÿ óäàëåííûìè îêîíå÷íûìè ñåòåâûìè óñòðîéñòâàìè îáû÷íî îñóùåñòâëÿåòñÿ ÷åðåç ïðîìåæóòî÷íûå ñåòåâûå óçëû – óçëû êîììóòàöèè.  êà÷åñòâå îêîíå÷íîãî óñòðîéñòâà ìîãóò âûñòóïàòü ðàáî÷àÿ ñòàíöèÿ, õîñò êîìïüþòåð, òåðìèíàë, òåëåôîí èëè äðóãîå êîììóíèêàöèîííîå óñòðîéñòâî. Ñîîòâåòñòâåííî, ðàçíûå ôóíêöèè ìîãóò èìåòü ñâÿçàííûå ìåæäó ñîáîé ôèçè÷åñêèìè êàíàëàìè óçëû êîììóòàöèè. Ñîâîêóïíîñòü îêîíå÷íûõ óñòðîéñòâ è óçëîâ êîììóòàöèè îáðàçóþò ñåòü ïåðåäà÷è äàííûõ, ðèñ. 5.10. 3
Ýòîò òåðìèí èñïîëüçóåòñÿ çäåñü è äàëåå â áîëåå îáùåì ñìûñëå, âêëþ÷àÿ ïåðåäà÷ó ãîëîñà èëè âèäåîèçîáðàæåíèÿ.
104
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Íà ðèñ. 5.11 ïðèâåäåí ñïåêòð ðàçëè÷íûõ òåõíîëîãèé êîììóòàöèè äëÿ ïåðåäà÷è äàííûõ ïî ñåòè. Äâà êðàéíèõ ñëó÷àÿ ïðåäñòàâëÿþò äâå îñíîâíûå òðàäèöèîííûå òåõíîëîãèè êîììóòàöèè: êîììóòàöèÿ êàíàëîâ è êîììóòàöèÿ ïàêåòîâ [9, 10]. Ñîåäèíåíèå ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ ñîñòîèò â òîì, ÷òî íà âðåìÿ ïåðåäà÷è â ñåòè ñîçäàåòñÿ êàíàë, îáåñïå÷èâàþùèé âïîëíå îïðåäåëåííóþ, êàê ïðàâèëî, ôèêñèðîâàííóþ ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äàííûõ, íà êîòîðîé ïðèåìíîå è ïåðåäàþùåå óñòðîéñòâà ïîääåðæèâàþò ñâÿçü. Õàðàêòåðíûì ïðèìåðîì ñåòåé ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ ÿâëÿþòñÿ òåëåôîííûå ñåòè ñ ìíîæåñòâîì ÀÒÑ, âêëþ÷àÿ òðàäèöèîííûå àíàëîãîâûå è áîëåå ñîâðåìåííûå öèôðîâûå ñåòè ISDN. Îñîáåííîñòüþ òàêèõ ñåòåé ÿâëÿåòñÿ äëèòåëüíîå âðåìÿ óñòàíîâëåíèÿ ñîåäèíåíèÿ (â àíàëîãîâûõ ñåòÿõ äî íåñêîëüêèõ ñåêóíä è áîëåå). Îñîáåííîñòüþ ðàáîòû ñåòåâûõ óñòðîéñòâ â ëîêàëüíîé ñåòè ÿâëÿåòñÿ èõ î÷åíü áûñòðîå âçàèìîäåéñòâèå ñ ñåòüþ (äåñÿòêè ìèëëèñåêóíä è ìåíüøå).Òåõíîëîãèè ïåðåäà÷è äàííûõ, õàðàêòåðíûå äëÿ ëîêàëüíûõ ñåòåé, ïðåèìóùåñòâåííî èñïîëüçóþò êîíòðîëèðóåìóþ ñî ñòîðîíû ðàáî÷èõ ñòàíöèåé ïàêåòíóþ êîììóòàöèþ.
C 2 1
B
3
D
5 E 4
A
6 F 7
- узел коммутации - оконечное устройство
Ðèñ. 5.10. Ñåòü ïåðåäà÷è äàííûõ
Варьируемая скорость передачи
Фиксированная скорость передачи
Сложность
Простота
Коммутация каналов
Коммутация каналов на разных скоростях
Коммутация ячеек (ATM)
Frame Relay
Коммутация пакетов
Ðèñ. 5.11. Ñïåêòð òåõíîëîãèé êîììóòàöèè
Êîììóòàöèÿ êàíàëîâ Ïðè èñïîëüçîâàíèè êîììóòàöèè êàíàëîâ ïîäðàçóìåâàåòñÿ íàëè÷èå âûäåëåííîãî êîììóíèêàöèîííîãî êàíàëà ìåæäó âçàèìîäåéñòâóþùèìè óñòðîéñòâàìè. Ýòîò ïóòü îáðàçóåòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòüþ îïðåäåëåííûõ óçëîâ ñåòè. Ñâÿçü ïîñðåäñòâîì êîììóòàöèè êàíàëîâ âêëþ÷àåò òðè ôàçû, îáúÿñíåíèå êîòîðûõ ïðîâåäåì ñ èñïîëüçîâàíèåì ðèñ. 5.10. 1.
Óñòàíîâëåíèå êàíàëà. Äëÿ ïðîñòîòû áóäåì ðàññìàòðèâàòü ïåðåäà÷ó äàííûõ â îäíîì íàïðàâëåíèè. Ïóñòü óñòðîéñòâî A õî÷åò ïåðåäàâàòü äàííûå íà óñòðîéñòâî E. Ïðåæäå ÷åì äàííûå íà÷íóò ïåðåäàâàòüñÿ, äîëæåí óñòàíîâèòüñÿ êàíàë, ñîåäèíÿþùèé îêîíå÷íûå ñòàíöèè ÷åðåç öåïü óçëîâ. Íàïðèìåð, ñòàíöèÿ A ïîñûëàåò çàïðîñ óçëó 4 ñ òðåáîâàíèåì óñòàíîâèòü ñîåäèíåíèå ñî ñòàíöèåé E. Ïîñêîëüêó ñåãìåíò A-4 – âûäåëåííàÿ ëèíèÿ, òî
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
105
÷àñòü êàíàëà óæå ñóùåñòâóåò. Óçåë 4 äîëæåí îïðåäåëèòü ñëåäóþùèé óçåë â ìàðøðóòå, âåäóùèé ê óçëó 6. Îñíîâûâàÿñü íà èíôîðìàöèè î ìàðøðóòàõ è àíàëèçèðóÿ ñòîèìîñòè êàíàëîâ, óçåë 4 âûáèðàåò êàíàë, íàïðèìåð ê óçëó 5, âûäåëÿÿ â ýòîì êàíàëå (èñïîëüçóÿ ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå TDM èëè FDM) ñîîòâåòñòâóþùóþ ïîëîñó. Ïîñëå ýòîãî âûäåëåííûé êàíàë óñòàíîâëåí îò óñòðîéñòâà A ÷åðåç óçåë 4 äî óçëà 5. Ïîñêîëüêó íåñêîëüêî ñòàíöèé ìîæåò áûòü ïîäêëþ÷åíî ê óçëó 4, îí äîëæåí áûòü ñïîñîáåí óñòàíàâëèâàòü âíóòðåííèå ïóòè îò ìíîæåñòâà ñòàíöèé ê ìíîæåñòâó óçëîâ. Òåïåðü óçåë 5 ïî àíàëîãèè ñ óçëîì 4 óñòàíàâëèâàåò êàíàë ê óçëó 6 è âíóòðåííå ïðèâÿçûâàåò ýòîò êàíàë ê êàíàëó, èäóùåìó îò óçëà 4. Äàëåå óçåë 6 çàâåðøàåò ñîåäèíåíèå ñ óñòðîéñòâîì E. Ïî çàâåðøåíèè ñîåäèíåíèÿ ïðîâîäèòñÿ òåñòèðîâàíèå, îïðåäåëÿþùåå, ñâîáîäíî ëè óñòðîéñòâî E, ãîòîâî ëè îíî ïðèíèìàòü äàííûå. 2.
Ïåðåäà÷à äàííûõ. Åñëè óñòðîéñòâî Å ñâîáîäíî, äàííûå ìîãóò ïåðåäàâàòüñÿ ÷åðåç ñåòü. Äàííûå ìîãóò áûòü öèôðîâûìè (íàïðèìåð, âçàèìîäåéñòâèå òåðìèíàëà ñ õîñòîì) èëè àíàëîãîâûìè (íàïðèìåð, ïåðåäà÷à ãîëîñà). Ñèãíàëèçàöèÿ è ïåðåäà÷à ìîãóò áûòü êàê öèôðîâûìè, òàê è àíàëîãîâûìè.  ëþáîì ñëó÷àå, ïóòü îáðàçóåòñÿ ÷åðåç: ñåãìåíò A-4, âíóòðåííþþ êîììóòàöèþ íà óçëå 4, ñåãìåíò 4-5, âíóòðåííþþ êîììóòàöèþ íà óçëå 5, ñåãìåíò 5-6, âíóòðåííþþ êîììóòàöèþ íà óçëå 6 è ñåãìåíò 6-E.  îáùåì, ïðîèñõîäèò óñòàíîâëåíèå è îáðàòíîãî êàíàëà, òàê ÷òî ñîåäèíåíèå ÿâëÿåòñÿ ïîëíîäóïëåêñíûì, è äàííûå ìîãóò ïåðåäàâàòüñÿ â îáîèõ íàïðàâëåíèÿõ.
3.
Îòñîåäèíåíèå êàíàëà. Ïîñëå îïðåäåëåííîãî âðåìåíè ïåðåäà÷è äàííûõ ñîåäèíåíèå òåðìèíèðóåòñÿ, îáû÷íî ïîñëå ñîîòâåòñòâóþùåé êîìàíäû îò îäíîé èç ñòàíöèé. Ñèãíàëû ðàçúåäèíåíèÿ äîëæíû ïðîéòè ïî óçëàì 4, 5, 6, ÷òîáû âûñâîáîäèòü ðåñóðñû â ñåòü.
Ïîä÷åðêíåì, ÷òî ïóòü ñîåäèíåíèÿ óñòàíàâëèâàåòñÿ äî íà÷àëà ïåðåäà÷è äàííûõ. Òàêèì îáðàçîì, ñîîòâåòñòâóþùàÿ åìêîñòü, òðåáóåìàÿ äëÿ äàííîãî êàíàëà ïåðåäà÷è, äîëæíà áûòü â íàëè÷èå è ðåçåðâèðóåòñÿ ìåæäó ïàðàìè óçëîâ íà âñåì ïóòè åùå íà ýòàïå óñòàíîâëåíèÿ êàíàëà. Äëÿ ýòîãî êàæäûé óçåë äîëæåí èìåòü âíóòðåííþþ êîììóòàöèîííóþ åìêîñòü, ÷òîáû îáåñïå÷èòü ñîåäèíåíèå. Êîììóòàöèÿ êàíàëîâ ìîæåò áûòü äîâîëüíî íåýôôåêòèâíîé. Åìêîñòü óñòàíîâèâøåãîñÿ êàíàëà âûäåëÿåòñÿ íà âðåìÿ ñîåäèíåíèÿ îêîíå÷íûõ óñòðîéñòâ è íå äîñòóïíà ïîä äðóãèå ïðèëîæåíèÿ, äàæå åñëè äàííûå íå ïåðåäàþòñÿ. Äëÿ òåëåôîííûõ ñåòåé ýôôåêòèâíîñòü ãîëîñîâîãî êàíàëà âåñüìà äàëåêà îò 100%. Åùå õóæå îáñòîèò äåëî ïðè ïîäêëþ÷åíèè óäàëåííîãî òåðìèíàëà ê õîñòó, êîãäà äàííûå ìîãóò âîâñå íå èäòè â òå÷åíèå äîëãîãî âðåìåíè, è êàíàë áóäåò ïðîñòàèâàòü. Ñ òî÷êè çðåíèÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòè, çàäåðæêà âíîñèòñÿ íà ýòàïå óñòàíîâëåíèÿ ñîåäèíåíèÿ. Îäíàêî, åñëè ñîåäèíåíèå óñòàíîâëåíî, òî ñåòü ïðîçðà÷íà ïî îòíîøåíèþ ê êîíå÷íûì óñòðîéñòâàì, è äàííûå èäóò ñ ìèíèìàëüíûìè çàäåðæêàìè.
Êîììóòàöèÿ ïàêåòîâ Ïðîòÿæåííûå òåëåêîììóíèêàöèîííûå ñåòè ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ ïðè ðàçðàáîòêå îïòèìèçèðîâàëèñü äëÿ äîñòèæåíèÿ íàèëó÷øèõ õàðàêòåðèñòèê ïðè ïåðåäà÷å ãîëîñà, è ïîäàâëÿþùàÿ äîëÿ ïîòîêà äàííûõ â ýòèõ ñåòÿõ ñâÿçûâàëàñü èìåííî ñ ãîëîñîâîé ïåðåäà÷åé. Êëþ÷åâàÿ õàðàêòåðèñòèêà òàêèõ ñåòåé â òîì, ÷òî ðåñóðñû âíóòðè ñåòè âûäåëÿþòñÿ ïîä îïðåäåëåííûå òåëåôîííûå âûçîâû. Äëÿ ãîëîñîâîãî ñîåäèíåíèÿ ýòî íå ïëîõî, ïîñêîëüêó îäèí èç àáîíåíòîâ îáû÷íî ãîâîðèò, è êàíàë íå ïðîñòàèâàåò. Ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî äóïëåêñíûé êàíàë ïðè òåëåôîííîé ñâÿçè èñïîëüçóåòñÿ íà 50%. Ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ äëÿ êàíàëà òàêæå îïòèìèçèðîâàíà è óñòàíîâëåíà êàê ðàç òàêîé, ÷òîáû ìîæíî áûëî îáåñïå÷èòü ïðèåìëåìîå êà÷åñòâî ïåðåäà÷è ðå÷è. Îäíàêî ïðè èñïîëüçîâàíèè òàêèõ òåëåêîììóíèêàöèîííûõ ñåòåé äëÿ ïåðåäà÷è äàííûõ ìåæäó êîìïüþòåðàìè, ïîÿâëÿþòñÿ äâà î÷åâèäíûõ íåäîñòàòêà. 1.
Ïðè òèïîâîì ñîåäèíåíèè (íàïðèìåð, òåðìèíàë-õîñò) çíà÷èòåëüíóþ ÷àñòü âðåìåíè êàíàë ñâÿçè ìîæåò áûòü ñâîáîäåí. Íî òåëåêîììóíèêàöèîííàÿ ñåòü âûäåëÿåò âïîëíå îïðåäåëåííóþ ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ ïîä ýòîò êàíàë è íå ìîæåò èñïîëüçîâàòü åãî äëÿ äðóãîãî ïðèëîæåíèÿ. Òàêèì îáðàçîì, ïîäõîä ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ íå ýôôåêòèâåí.
2.
 ñåòÿõ ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ ñîåäèíåíèå îáåñïå÷èâàåò ïåðåäà÷ó íà ïîñòîÿííîé ñêîðîñòè. Ïîýòîìó ëþáîé ïàðå óñòðîéñòâ òåðìèíàë-õîñò áóäåò ïðåäîñòàâëåíà îäíà è òà æå ôèêñèðîâàííàÿ ñêîðîñòü, ÷òî îãðàíè÷èâàåò âîçìîæíîñòè ñåòè ïðè ïîäêëþ÷åíèè ðàçíîîáðàçíûõ õîñòîâ è òåðìèíàëîâ.
Ñåòü ñ êîììóòàöèåé ïàêåòîâ ñïîñîáíà óñòðàíèòü ýòè íåäîñòàòêè. Äàííûå â òàêîé ñåòè ïåðåäàþòñÿ â âèäå áëîêîâ, íàçûâàåìûõ ïàêåòàìè (èëè êàäðàìè). Îáû÷íî âåðõíèé ïðåäåë äëèíû ïàêåòà â çàâèñèìîñòè îò ñòàíäàðòà ìîæåò áûòü îò òûñÿ÷è äî íåñêîëüêèõ òûñÿ÷ áàéò.
106
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Åñëè óñòðîéñòâî – èñòî÷íèê ïåðåäà÷è æåëàåò ïåðåäàòü äàííûå ðàçìåðîì áîëüøå ìàêñèìàëüíîé äëèíû ïàêåòà, òî äàííûå ðàçäåëÿþòñÿ íà íåñêîëüêî ïàêåòîâ, ðèñ. 5.12.
Данные пользователя Контрольная информация (заголовок пакета)
Пакет
Ðèñ. 5.12. Ïàêåòû
Êàæäûé ïàêåò èìååò ïîëå äàííûõ, çàãîëîâîê, äðóãèå ñëóæåáíûå ïîëÿ, ðàñïîëîæåííûå â íà÷àëå èëè â êîíöå ïàêåòà. Ïîëå çàãîëîâêà, êàê ìèíèìóì, âêëþ÷àåò èíôîðìàöèþ, íåîáõîäèìóþ óçëó ñåòè äëÿ ïåðåíàïðàâëåíèÿ (ìàðøðóòèçàöèè) ïàêåòîâ â íóæíûé êàíàë. Âîçìîæíà áóôåðèçàöèÿ ïàêåòîâ íà óçëå. Íà ðèñ. 5.13 ïîêàçàíû îñíîâíûå îïåðàöèè. Ðàáî÷àÿ ñòàíöèÿ èëè äðóãîå ñåòåâîå óñòðîéñòâî ïîñûëàåò ñîîáùåíèå (íàïðèìåð, ôàéë äàííûõ) â âèäå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ïàêåòîâ (à). Êàæäûé ïàêåò íàðÿäó ñ äàííûìè ñîäåðæèò óïðàâëÿþùóþ è/èëè êîíòðîëüíóþ èíôîðìàöèþ, â ÷àñòíîñòè, àäðåñ ñòàíöèè íàçíà÷åíèÿ, èëè èäåíòèôèêàòîð ìàðøðóòà. Ïàêåò ïåðâîíà÷àëüíî ïîñûëàåòñÿ íà óçåë, ê êîòîðîìó ïîäêëþ÷åíà ïåðåäàþùàÿ ñòàíöèÿ. Óçåë, ïîëó÷àÿ ïàêåò, îïðåäåëÿåò ïî êîíòðîëüíîé èíôîðìàöèè íàïðàâëåíèå ìàðøðóòà è íà îñíîâàíèå ýòîãî ïåðåíàïðàâëÿåò ïàêåò â âûõîäíîé ïîðò ñîîòâåòñòâóþùåãî êàíàëà. Åñëè ñâÿçü ìåæäó óçëàìè ïî ýòîìó êàíàëó èñïðàâíà, ïàêåò ïåðåäàåòñÿ íà ñîñåäíèé óçåë. Âñå ïàêåòû ïîñëåäîâàòåëüíî "îòðàáàòûâàþò" ñâîè ïóòè, äâèãàÿñü ÷åðåç ñåòü ê íóæíîé ñòàíöèè íàçíà÷åíèÿ. Êîììóòàöèÿ ïàêåòîâ èìååò íåñêîëüêî ïðåèìóùåñòâ íàä êîììóòàöèåé êàíàëîâ. 1.
Ýôôåêòèâíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ ëèíèè ïðè ïàêåòíîé êîììóòàöèè âûøå, ïîñêîëüêó îäèí ñåãìåíò îò óçëà ê óçëó ìîæåò äèíàìè÷åñêè ðàñïðåäåëÿòü ñâîè ðåñóðñû ìåæäó ìíîãèìè ïàêåòàìè îò ðàçíûõ ïðèëîæåíèé. Åñëè íà ïåðåäàþùåì óçëå ïàêåòîâ, ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ îòïðàâêè ïî îïðåäåëåííîìó êàíàëó, ñîáèðàåòñÿ áîëüøå, ÷åì åìêîñòü ýòîãî êàíàëà, òî ïàêåòû ïîìåùàþòñÿ â áóôåð, è óñòàíàâëèâàåòñÿ î÷åðåäíîñòü ïåðåäà÷è ïàêåòîâ. Íàïðîòèâ, â ñåòÿõ ñ êîììóòàöèåé êàíàëà âðåìÿ, ïðåäíàçíà÷åííîå äëÿ êàæäîãî ïðèëîæåíèÿ, âûäåëÿåòñÿ â âèäå îïðåäåëåííîãî òàéì-ñëîòà íà îñíîâå ñèíõðîííîãî âðåìåííîãî ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ. Ìàêñèìàëüíàÿ ñêîðîñòü ïåðåäà÷è îïðåäåëÿåòñÿ ïîëîñîé ýòîãî òàéì-ñëîòà, à íå âñåé ïîëîñîé êàíàëà.
2.
Ñåòü ñ ïàêåòíîé êîììóòàöèåé ìîæåò îñóùåñòâëÿòü ïðåîáðàçîâàíèå ñêîðîñòè ïåðåäà÷è äàííûõ. Òàê ñïîñîáíû îáìåíèâàòüñÿ ìåæäó ñîáîþ ïàêåòàìè ñòàíöèè, ïîäêëþ÷åííûå ê ñîîòâåòñòâóþùèì óçëàì ñåòè êàíàëàìè ðàçíîé ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ.
3.
Êîãäà ïîòîê ÷åðåç ñåòü ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ âîçðàñòàåò, ñåòü ìîæåò îêàçàòüñÿ ïåðåãðóæåííîé, è â óñòàíîâëåíèè êàíàëîâ ñâÿçè ìåæäó íîâûìè ñòàíöèÿìè ìîæåò áûòü îòêàçàíî. Ïðè ïåðåãðóæåííîñòè òåëåôîííîé ñåòè ïîïûòêà äîçâîíà ìîæåò áûòü áëîêèðîâàíà.  ñåòÿõ ñ ïàêåòíîé êîììóòàöèåé ïðè áîëüøîé çàãðóæåííîñòè ïåðåäà÷à ïàêåòîâ ñîõðàíÿåòñÿ, õîòÿ è ìîãóò âîçíèêàòü çàäåðæêè ñ äîñòàâêîé ïàêåòîâ, èëè ìîæåò óìåíüøàòüñÿ ñêîðîñòü ïåðåäà÷è.
4.
 ñåòÿõ ñ ïàêåòíîé êîììóòàöèåé ìîæíî èñïîëüçîâàòü ñèñòåìó ïðèîðèòåòîâ. Åñëè óçåë õî÷åò ïåðåäàòü íåñêîëüêî ïàêåòîâ, òî îí ìîæåò, â ïåðâóþ î÷åðåäü, ïåðåäàòü ïàêåòû, èìåþùèå íàèâûñøèé ïðèîðèòåò. Ïàêåòû ñ âûñîêèì ïðèîðèòåòîì áóäóò äîñòàâëÿòüñÿ ñ ìåíüøåé çàäåðæêîé, ÷åì ïàêåòû ñ íèçêèì ïðèîðèòåòîì.
Ïóñòü îäíà ñòàíöèÿ õî÷åò ïîñëàòü ñîîáùåíèå äðóãîé â âèäå ôàéëà, ðàçìåð êîòîðîãî ïðåâîñõîäèò ìàêñèìàëüíûé ðàçìåð ïàêåòà. Ñòàíöèÿ ðàñïðåäåëÿåò ñîäåðæèìîå ôàéëà ìåæäó íåñêîëüêèìè ïàêåòàìè è ïîñëåäîâàòåëüíî íàïðàâëÿåò ïàêåòû â ñåòü. È çäåñü âîçíèêàåò âîïðîñ, êàêèì îáðàçîì ñåòü äîëæíà îáðàáàòûâàòü ýòó ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ïàêåòîâ, ÷òîáû äîñòàâèòü èõ íóæíîìó àäðåñàòó.  ñîâðåìåííûõ ñåòÿõ ñ êîììóòàöèåé ïàêåòîâ èñïîëüçóþòñÿ äâà
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
107
ðàçëè÷íûõ ïîäõîäà, ïîëó÷èâøèå íàçâàíèå: äåéòàãðàììíûå ñåòè è ñåòè ñ âèðòóàëüíûìè êàíàëàìè.  äåéòàãðàììíîé ñåòè êàæäûé ïàêåò ïåðåäàåòñÿ áåç ññûëêè íà ïàêåòû, êîòîðûå èäóò äî èëè ïîñëå íåãî, ðèñ. 5.13.
3 2
1
а)
3
2 1
б) 3 2
1
в)
1
3
2
г)
д)
3 2 1
Ðèñ. 5.13. Ïàêåòíàÿ êîììóòàöèÿ – äåéòàãðàììíàÿ ñåòü
Êàæäûé óçåë íà îñíîâàíèè êîíòðîëüíîé èíôîðìàöèè çàãîëîâêà ïàêåòà è ñîáñòâåííûõ äàííûõ îá îêðóæàþùèõ óçëàõ ñåòè âûáèðàåò ñëåäóþùèé óçåë, íà êîòîðûé ïåðåíàïðàâëÿåòñÿ ïàêåò. Ïàêåòû ñ îäíèì è òåì æå àäðåñîì íàçíà÷åíèÿ ìîãóò ñëåäîâàòü îò ñòàíöèè îòïðàâèòåëÿ ê ñòàíöèè íàçíà÷åíèÿ ðàçíûìè ìàðøðóòàìè. Êîíå÷íûé óçåë ìàðøðóòà âîññòàíàâëèâàåò ïðàâèëüíóþ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ïàêåòîâ è óæå â ýòîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ïåðåäàåò èõ ñòàíöèè íàçíà÷åíèÿ.  íåêîòîðûõ äåéòàãðàììíûõ ñåòÿõ ìîæåò îòñóòñòâîâàòü ôóíêöèÿ óïîðÿäî÷åíèÿ ïàêåòîâ íà âûõîäíîì óçëå – òîãäà ýòó ôóíêöèþ áåðåò íà ñåáÿ ñòàíöèÿ íàçíà÷åíèÿ. Ïàêåò ìîæåò ïîâðåäèòüñÿ ïðè ïåðåäà÷å ïî ñåòè. Íàïðèìåð, åñëè îäèí èç óçëîâ â ñåòè âûøåë èç ñòðîÿ, òî âñå ïàêåòû, íàõîäÿùèåñÿ íà ýòîì óçëå â î÷åðåäè íà ïåðåäà÷ó, áóäóò ïîòåðÿíû. Îïÿòü æå, ôóíêöèþ îáíàðóæåíèÿ ïîòåðÿííûõ ïàêåòîâ ìîæåò áðàòü íà ñåáÿ êàê êîíå÷íûé óçåë ìàðøðóòà, òàê è ñòàíöèÿ-ïîëó÷àòåëü.  òàêîé ñåòè êàæäûé ïàêåò ïåðåäàåòñÿ íåçàâèñèìî îò îñòàëüíûõ è íàçûâàåòñÿ äåéòàãðàììîé.  ñåòè ñ âèðòóàëüíûìè êàíàëàìè ïåðåä òåì, êàê ïàêåòû íà÷èíàþò èäòè, ñîçäàåòñÿ îïðåäåëåííûé ìàðøðóò ñëåäîâàíèÿ. Ýòî ìàðøðóò ñëóæèò äëÿ ïîääåðæêè ëîãè÷åñêîãî ñîåäèíåíèÿ
108
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
ìåæäó óäàëåííûìè ñòàíöèÿìè. Åñëè ìàðøðóò óñòàíîâëåí, òî âñå ïàêåòû ìåæäó âçàèìîäåéñòâóþùèìè ñòàíöèÿìè áóäóò èäòè ñòðîãî ïî ýòîìó ìàðøðóòó, ðèñ. 5.14. Ïîñêîëüêó íà âðåìÿ ëîãè÷åñêîãî ñîåäèíåíèÿ ìàðøðóò ñòðîãî ôèêñèðîâàí, òî òàêîå ëîãè÷åñêîå ñîåäèíåíèå â íåêîòîðîé ñòåïåíè àíàëîãè÷íî îáðàçîâàíèþ êàíàëà â ñåòÿõ ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ è íàçûâàåòñÿ âèðòóàëüíûì êàíàëîì. Êàæäûé ïàêåò òåïåðü ñîäåðæèò èäåíòèôèêàòîð âèðòóàëüíîãî êàíàëà íàðÿäó ñ ïîëåì äàííûõ. Âñå óçëû ïî ìàðøðóòó çíàþò, êóäà íàïðàâëÿòü òàêèå ïàêåòû – íèêàêîãî ðåøåíèÿ ïî ìàðøðóòèçàöèè òåïåðü ýòè óçëû íå ïðèíèìàþò.  ëþáîå âðåìÿ êàæäàÿ ñòàíöèÿ ìîæåò óñòàíîâèòü îäèí èëè íåñêîëüêî âèðòóàëüíûõ êàíàëîâ ñ äðóãîé ñòàíöèåé èëè ñòàíöèÿìè. Çàìåòèì, ÷òî âèðòóàëüíûé êàíàë íå ÿâëÿåòñÿ âûäåëåííûì êàíàëîì, ÷òî áûëî õàðàêòåðíî äëÿ ñåòåé ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ. Ïàêåòû, äâèãàÿñü ïî âèðòóàëüíîìó êàíàëó, ìîãóò â ñëó÷àå ïåðåãðóæåííîñòè óçëà èëè ñåãìåíòà ïîìåùàòüñÿ â âõîäíûå è âûõîäíûå áóôåðû íà óçëàõ . Ãëàâíîå ðàçëè÷èå ñ äåéòàãðàììíûì ïîäõîäîì è êëàññè÷åñêîé ìàðøðóòèçàöèåé ñîñòîèò â òîì, ÷òî â ñåòÿõ ñ âèðòóàëüíûìè êàíàëàìè óçåë íå ïðèíèìàåò ðåøåíèÿ î âûáîðå ìàðøðóòà äëÿ êàæäîãî âõîäÿùåãî ïàêåòà, à äåëàåò ýòî (âåðíåå, ïîëó÷àåò èíñòðóêöèè êóäà ïåðåíàïðàâëÿòü ïàêåòû ñ ñîîòâåòñòâóþùèìè èäåíòèôèêàòîðàìè ìàðøðóòà) òîëüêî îäèí ðàç – íà ýòàïå ôîðìèðîâàíèÿ âèðòóàëüíîãî êàíàëà.
3 2
1
а)
3
2 1
б)
3 2
1
в)
3
2
1
г)
д)
3 2 1
Ðèñ. 5.14. Ïàêåòíàÿ êîììóòàöèÿ – ñåòü ñ âèðòóàëüíûìè êàíàëàìè
Ïðåèìóùåñòâà ñåòè ñ âèðòóàëüíûìè êàíàëàìè. Åñëè äâå ñòàíöèè æåëàþò îáìåíèâàòüñÿ äàííûìè íà ïðîòÿæåíèè äëèòåëüíîãî âðåìåíè, òî ïîäõîä ñ èñïîëüçîâàíèåì âèðòóàëüíûõ êà-
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
109
íàëîâ èìååò îïðåäåëåííûå ïðåèìóùåñòâà. Ïåðâîå, ñåòü ìîæåò ïîääåðæèâàòü ðÿä ñëóæá, ñâÿçàííûõ ñ âèðòóàëüíûìè êàíàëàìè, âêëþ÷àÿ ïîðÿäîê ñëåäîâàíèÿ, êîíòðîëü îøèáîê è êîíòðîëü ïîòîêà. Ïðàâèëüíûé ïîðÿäîê ñëåäîâàíèÿ ëåãêî ïîääåðæèâàåòñÿ, ïîñêîëüêó âñå ïàêåòû äâèãàþòñÿ îäíèì è òåì æå ìàðøðóòîì è ïðèáûâàþò â ïåðâîíà÷àëüíî óñòàíîâëåííîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè. Ñëóæáà êîíòðîëÿ îøèáîê ãàðàíòèðóåò íå òîëüêî òî, ÷òî ïàêåòû ïðèáûâàþò â íóæíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè, íî è òî, ÷òî âñå ïàêåòû íà ïðèåìíîé ñòîðîíå êîððåêòíû. Íàïðèìåð, åñëè îäèí èç ïàêåòîâ â ïîñëåäîâàòåëüíîñòè, äâèãàÿñü îò óçëà 4 ê óçëó 6 (ðèñ. 5.14) ïîòåðÿëñÿ èëè ïðèøåë íà óçåë 6 ñ îøèáêîé, òî óçåë 6 ìîæåò ïîñëàòü çàïðîñ íà óçåë 4 ñ ïðîñüáîé ïîâòîðèòü ñîîòâåòñòâóþùèé ïàêåò ïîñëåäîâàòåëüíîñòè. Ñëóæáà êîíòðîëÿ ïîòîêà ãàðàíòèðóåò, ÷òî îòïðàâèòåëü íå ìîæåò "çàâàëèòü" ïîëó÷àòåëÿ äàííûìè. Íàïðèìåð, åñëè ñòàíöèÿ E áóôåðèçóåò äàííûå îò ñòàíöèè A è âèäèò, ÷òî ïðèåìíûé áóôåð áëèçîê ê ïåðåïîëíåíèþ, òî îíà ìîæåò ïðîñèãíàëèçèðîâàòü ÷åðåç îáðàòíûé âèðòóàëüíûé êàíàë î íåîáõîäèìîñòè óìåíüøèòü èëè âðåìåííî ïðåêðàòèòü ïåðåäà÷ó äàííûõ îò ñòàíöèè A. Âòîðîå ïðåèìóùåñòâî ýòîé ñåòè ñîñòîèò â òîì, ÷òî ïàêåòû ïåðåäàþòñÿ ÷åðåç óçåë áûñòðåå, êîãäà óçåë íå ïðèíèìàåò ðåøåíèÿ î ìàðøðóòèçàöèè ïàêåòà. Ïðåèìóùåñòâà äåéòàãðàììíîé ñåòè. Ïåðâîå – ïðè ïåðåäà÷å ïàêåòîâ â äåéòàãðàììíîé ñåòè îòñóòñòâóåò ôàçà óñòàíîâëåíèÿ ëîãè÷åñêîãî âèðòóàëüíîãî êàíàëà. Âòîðîå – äåéòàãðàììíàÿ ñëóæáà áîëåå ïðèìèòèâíà è äîïóñêàåò áóëüøóþ ãèáêîñòü. Íàïðèìåð, åñëè îäèí èç óçëîâ â ñåòè ñ èñïîëüçîâàíèåì âèðòóàëüíûõ êàíàëîâ ñòàíîâèòñÿ ïåðåãðóæåííûì, òî "îòêðûòûå" âèðòóàëüíûå êàíàëû, ïðîõîäÿùèå ÷åðåç ýòîò óçåë, íåâîçìîæíî ïåðåñòðîèòü.  äåéòàãðàììíîé ñåòè ïðè ïåðåãðóçêå îäíîãî èç óçëîâ äðóãèå óçëû ìîãóò ïåðåíàïðàâèòü ïðèõîäÿùèå ïàêåòû â îáõîä ïåðåãðóæåííîãî óçëà. Òðåòüå – äîñòàâêà ñàìîé äåéòàãðàììû áîëåå íàäåæíà. Ïðè èñïîëüçîâàíèè âèðòóàëüíûõ êàíàëîâ, åñëè óçåë ïîâðåæäàåòñÿ, âñå ïðîõîäÿùèå ÷åðåç íåãî âèðòóàëüíûå êàíàëû òàêæå ðàçðóøàþòñÿ.
Êîììóòàöèÿ êàíàëîâ íà ðàçíûõ ñêîðîñòÿõ è ñåòè ISDN Îäèí èç íåäîñòàòêîâ ñåòåé ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ – ýòî îòñóòñòâèå ãèáêîñòè â îòíîøåíèè ïðåäîñòàâëÿåìîé ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ. Åñëè ñòàíöèÿ ïîäêëþ÷åíà ê òðàäèöèîííîé òåëåêîììóíèêàöèîííîé ñåòè ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ, îíà âûíóæäåíà ðàáîòàòü íà îïðåäåëåííîé ñêîðîñòè ïåðåäà÷è äàííûõ. Ýòî ñêîðîñòü èëè ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ áóäåò ïðåäîñòàâëåíà ñòàíöèè íåçàâèñèìî îò ïðèëîæåíèÿ, îöèôðîâàííûé ëè ýòî ãîëîñ èëè ïåðåäà÷à ôàéëîâ äàííûõ.  ðåçóëüòàòå ïðèëîæåíèå ñ íèçêîé ñêîðîñòüþ áóäåò íå ýôôåêòèâíî èñïîëüçîâàòü ïðåäîñòàâëåííûé êàíàë, à ïðèëîæåíèå, êîòîðîìó òðåáóåòñÿ âûñîêàÿ ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äàííûõ, íàîáîðîò, áóäåò îãðàíè÷åíî â âûäåëåííîé åìêîñòè êàíàëà. Äëÿ ïðåîäîëåíèÿ íåãèáêîñòè èñïîëüçóåòñÿ ðàñøèðåííàÿ ñëóæáà ïðåäîñòàâëåíèÿ êàíàëà, èçâåñòíàÿ êàê êîììóòàöèÿ êàíàëîâ íà ðàçíûõ ñêîðîñòÿõ. Ýòà òåõíèêà îáúåäèíÿåò êîììóòàöèþ êàíàëîâ ñ ìóëüòèïëåêñèðîâàíèåì. Ñòàíöèÿ ïîäêëþ÷àåòñÿ ê ñåòè ïðè ïîìîùè åäèíñòâåííîãî êàíàëà ñâÿçè. Ïî ýòîìó êàíàëó ìîãóò ïåðåäàâàòüñÿ äàííûå íà ðàçíûõ ïðåäâàðèòåëüíî óñòàíîâëåííûõ ñêîðîñòÿõ ñ îïðåäåëåííîé äèñêðåòèçàöèåé. Ïîòîê ïî êàæäîìó êàíàëó ìîæåò êîììóòèðîâàòüñÿ íåçàâèñèìî ÷åðåç ñåòü â ðàçëè÷íûõ íàïðàâëåíèÿõ. Äëÿ ýòîé òåõíèêè ìîæíî ïîñòðîèòü ñõåìó, ïðè êîòîðîé âñå âîçìîæíûå êàíàëû ðàáîòàþò íà îäíîé è òîé æå ôèêñèðîâàííîé ñêîðîñòè, èëè ñõåìó, êîòîðàÿ èñïîëüçóåò ðàçëè÷íûå ñêîðîñòè ïåðåäà÷è äàííûõ. Ïðèìåðîì ñëóæèò ñåòü ISDN. ISDN îáåñïå÷èâàåò êîììóòèðóåìóþ ñèñòåìó ñâÿçè ñ êîìïëåêñîì óñëóã ïî ïåðåäà÷å êàê äàííûõ, òàê è ãîëîñà. Îïðåäåëåíû äâà èíòåðôåéñà äîñòóïà ê ISDN: èíòåðôåéñ áàçîâîãî äîñòóïà (BRI) è èíòåðôåéñ îñíîâíîãî äîñòóïà (PRI). BRI (144 Êáèò/ñ) îáåñïå÷èâàåò äâà ðå÷åâûõ êàíàëà òèïà B ñî ñêîðîñòüþ ïåðåäà÷è 64 Êáèò/c è îäèí ñèãíàëüíûé êàíàë òèïà D ñî ñêîðîñòüþ ïåðåäà÷è 16 Êáèò/ñ (2B+D). PRI ïîçâîëÿåò ðàáîòàòü ñ êàíàëàìè Ò1 (1,544 Ìáèò/ñ) è E1 (2,048 Ìáèò/ñ), êîòîðûå ðàçäåëåíû íà 23 è 30 êàíàëîâ òèïà B ñîîòâåòñòâåííî, è, êðîìå ýòîãî, èìåþò îäèí ñèãíàëüíûé D-êàíàë ïîëîñîé 64 Êáèò/ñ (23B+D èëè 30B+D). Âûäåëåííàÿ ëèíèÿ ìîæåò èñïîëüçîâàòü êàê îòäåëüíûé B-êàíàë, òàê è èõ êîìáèíàöèþ äëÿ äîñòèæåíèÿ áîëüøåé ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ. Êàê óñòàíîâëåíèå, òàê è ðàçúåäèíåíèå ñâÿçè ìåæäó àáîíåíòàìè îñóùåñòâëÿåòñÿ öèôðîâûì îáðàçîì ÷åðåç ñèãíàëüíûé êàíàë D è ïðîèñõîäèò ïî÷òè ìãíîâåííî. Ïî÷åìó ïîëüçîâàòåëè (àáîíåíòû) ìîãóò ïðåäïî÷åñòü ISDN àëüòåðíàòèâíûì ðåøåíèÿì: ìîäåìàì, âûäåëåííûì ëèíèÿì è äðóãèì ñëóæáàì ãëîáàëüíûõ ñåòåé? Âî ïåðâûõ, åñëè ñðàâíèâàòü ñ ðàáîòîé ìîäåìîâ íà àíàëîãîâûõ ëèíèÿõ, òî ISDN äàåò ñ ó÷åòîì êîìïðåññèè ïåðåäàâàåìûõ äàííûõ âûèãðûø îò 8 äî 26 ðàç â ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòè. Âî âòîðûõ, öèôðîâàÿ êîììóòàöèÿ ñ òåõíîëîãè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ áîëåå íàäåæíà, ÷åì àíàëîãîâàÿ. Öèôðîâàÿ êîììóòàöèÿ òàêæå ïîçâîëÿåò çàùèùàòü äàííûå, èñïîëüçóÿ ðàçíîîáðàçíûå àëãîðèòìû øèôðîâà-
110
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
íèÿ. Ïðè çíà÷èòåëüíî áîëüøåé ãèáêîñòè ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðîñòîé àíàëîãîâîé êîììóòàöèåé êàíàëîâ â òåõíîëîãèè ISDN ñîõðàíÿåòñÿ ôóíäàìåíòàëüíîå îãðàíè÷åíèå. Õîòÿ ïîëüçîâàòåëü èìååò âîçìîæíîñòü âûáîðà ñêîðîñòè ïåðåäà÷è, ñàì íàáîð ñêîðîñòåé îñòàåòñÿ âïîëíå îïðåäåëåííûé, ÷òî íå ïîçâîëÿåò â êîíå÷íîì èòîãå ýôôåêòèâíî èñïîëüçîâàòü ðåñóðñû ñåòè. Öèôðîâûå ñåòè ISDN øèðîêî ðàñïðîñòðàíåíû ñåãîäíÿ, êàê àëüòåðíàòèâà òðàäèöèîííûì àíàëîãîâûì àáîíåíòñêèì ñåòÿì. Ëèäåðàìè â ðàñïðîñòðàíåíèè ñåðâèñà ISDN ÿâëÿþòñÿ ÑØÀ, ßïîíèÿ è ðÿä åâðîïåéñêèõ ñòðàí – Ôðàíöèÿ, Ãåðìàíèÿ, Áåëüãèÿ, Äàíèÿ, Ïîðòóãàëèÿ, Âåëèêîáðèòàíèÿ.
Ïðîòîêîë X.25 Íèçêîå êà÷åñòâî êàíàëîâ ñâÿçè, êîòîðûå áûëè äâà äåñÿòèëåòèÿ íàçàä, ñèëüíàÿ èõ ïîäâåðæåííîñòü âîçäåéñòâèþ ïîìåõ è, êàê ñëåäñòâèå, íèçêàÿ äîñòîâåðíîñòü ïåðåäà÷è äàííûõ ñòàëè ïðè÷èíîé ðàçðàáîòêè ïîìåõîóñòîé÷èâûõ ïðîöåäóð ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè. Îäíèì èç íàèáîëåå øèðîêî ðàñïðîñòðàíåííûõ è ïîïóëÿðíûõ ïðîòîêîëîâ, ïîçâîëÿþùèõ ðåøàòü ïðîáëåìû ïëîõèõ òåëåôîííûõ êàíàëîâ ñâÿçè, ñòàíîâèòñÿ ïðîòîêîë X.25. Ïðîòîêîë X.25 òàêæå çàäóìûâàåòñÿ êàê ýôôåêòèâíîå ñðåäñòâî óäàëåííîãî äîñòóïà ê õîñò ìàøèíàì. Íà îñíîâå êîììóòàòîðîâ X.25 íåñêîëüêî ïîëüçîâàòåëåé îäíîâðåìåííî ìîãóò îáùàòüñÿ ñ îäíèì õîñòîì, ïðè÷åì êàæäûé ïîëüçîâàòåëü çàãðóæàåò êàíàë ñâÿçè ñ õîñò ìàøèíîé òîëüêî íà âðåìÿ ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè, ïðè ýòîì îñòàâàÿñü íà ñâÿçè è â äðóãèå ìîìåíòû âðåìåíè. Ïîääåðæêà ñâÿçè îáåñïå÷èâàåòñÿ áëàãîäàðÿ óñòàíîâëåíèþ ëîãè÷åñêîãî ñîåäèíåíèÿ èëè âèðòóàëüíîãî êàíàëà. Ïðîòîêîë ïåðåäà÷è äàííûõ ñ êîììóòàöèé ïàêåòîâ X.25 ðàçðàáîòàí êîìèòåòîì ÌÊÊÒÒ (íûíå ITU-T) èìåííî äëÿ ðàáîòû ïî ëèíèÿì ñâÿçè ñ áîëüøèì óðîâíåì ïîìåõ, êàêîâûìè, íàïðèìåð, ÿâëÿþòñÿ àíàëîãîâûå òåëåôîííûå ëèíèè. Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ òðåáóåìîé äîñòîâåðíîñòè ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè èñïîëüçóåòñÿ ìíîãîóðîâíåâàÿ ñèñòåìà îáíàðóæåíèÿ è êîððåêöèè îøèáîê. Êàæäûé óçåë êîììóòàöèè ñåòè X.25 íà ïóòè äâèæåíèÿ ïàêåòà ïðîâåðÿåò öåëîñòíîñòü ïàêåòà, ÷èòàåò êîíòðîëüíóþ ñóììó, ñîäåðæàùóþñÿ â åãî çàãîëîâêå è âû÷èñëåííóþ ïðè ïåðåäà÷å, íàõîäèò åå çíà÷åíèå äëÿ ïîëó÷åííîãî ïàêåòà è ñðàâíèâàåò ýòè äâà çíà÷åíèÿ. Ïðè íåáîëüøîì êîëè÷åñòâå îøèáîê óçåë ñïîñîáåí âîññòàíîâèòü ïàêåò è ïåðåäàòü åãî äàëüøå ïî ïóòè ñëåäîâàíèÿ. Ïðè ýòîì óçåë ïîñûëàåò ïîäòâåðæäåíèå ïðåäûäóùåìó óçëó î êîððåêòíîì ïðèåìå ïàêåòà. Åñëè æå âîññòàíîâèòü ïàêåò íåâîçìîæíî, äåëàåòñÿ çàïðîñ íà åãî ïîâòîðíóþ ïåðåäà÷ó. Ïî àíàëîãè÷íîé ñõåìå ðàáîòàþò âñå ñåòåâûå óçëû – êîììóòàòîðû X.25. Âûñîêèé óðîâåíü ïîìåõ íà ëèíèè ïðèâîäèò ê ïàäåíèþ ñêîðîñòè ïåðåäà÷è, è ïî ýòîé ïðè÷èíå ìíîãèå ñåòè ñ ïàêåòíîé êîììóòàöèåé ðàáîòàþò ñî ñêîðîñòüþ ïåðåäà÷è äî 64 Êáèò/ñ. Êðîìå òîãî, ñêîðîñòü ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè (íå ñëåäóåò åå ïóòàòü ñî ñêîðîñòüþ ïåðåäà÷è äàííûõ íåïîñðåäñòâåííî â ôèçè÷åñêîì êàíàëå) íå îñòàåòñÿ ïîñòîÿííîé è çàâèñèò îò óðîâíÿ ïîìåõ è âûçâàííûõ èìè îøèáîê. Äðóãèìè ñëîâàìè, âðåìÿ äîñòàâêè îäíîãî ïàêåòà, îáóñëîâëåííîå òîëüêî êà÷åñòâîì êàíàëà, íå ÿâëÿåòñÿ ïîñòîÿííîé âåëè÷èíîé.
Ðåòðàíñëÿöèÿ êàäðîâ Frame Relay Ìåòîäû ïàêåòíîé êîììóòàöèè áûëè ðàçðàáîòàíû â òî âðåìÿ, êîãäà â ïðîòÿæåííûõ öèôðîâûõ ñåòÿõ ïðè ïåðåäà÷å äàííûõ ïîÿâëÿëîñü áîëüøîå êîëè÷åñòâî îøèáîê. Êàê ñëåäñòâèå, ïàêåòû áûëè ïåðåíàñûùåíû çàãîëîâêàìè è ñîäåðæàëè áîëüøóþ èçáûòî÷íóþ èíôîðìàöèþ, ïîçâîëÿþùóþ âîññòàíàâëèâàòü îøèáêè â ïàêåòàõ. Âîññòàíîâëåíèå ïàêåòîâ è ëèêâèäàöèÿ îøèáîê âõîäèëî â ôóíêöèè íå òîëüêî êîíå÷íûõ ñòàíöèé, íî è âñåõ óçëîâ ñåòè, íàïðèìåð, èñïîëüçîâàíèå ïðîòîêîëà X.25.  ñîâðåìåííûõ ñêîðîñòíûõ òåëåêîììóíèêàöèîííûõ ñåòÿõ, ïðèìåíÿþùèõ âîëîêîííîîïòè÷åñêóþ ñðåäó äëÿ ïåðåäà÷è äàííûõ, óðîâåíü îøèáîê ðåçêî ñíèçèëñÿ.  ðåçóëüòàòå áîëüøàÿ èçáûòî÷íîñòü êîäèðîâêè ïîëÿ ïàêåòà ñòàíîâèòñÿ íåíóæíîé è ëèøü îòíèìàåò ñåòåâûå ðåñóðñû. Ïðîòîêîë Frame Relay ðàçðàáîòàí äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ íà ëèíèÿõ ñâÿçè ñ íèçêèì óðîâíåì ïîìåõ, êàêîâûìè ÿâëÿþòñÿ âîëîêîííî-îïòè÷åñêèå ìàãèñòðàëè. Èìåííî ïîýòîìó â ïðîòîêîëå Frame Relay íåò òîé èçáûòî÷íîñòè, êîòîðàÿ áûëà õàðàêòåðíà äëÿ X.25.  Frame Relay óñòðàíåíà ñèñòåìà êîíòðîëÿ îøèáîê âñåãî êàäðà. Âìåñòî ýòîãî ñåòåâîé êîììóòàòîð ïðîâåðÿåò öåëîñòíîñòü ïîëó÷åííîãî êàäðà è òîëüêî äëÿ àäðåñíîãî ïîëÿ îñóùåñòâëÿåò êîíòðîëü îøèáîê. Åñëè õîòÿ áû îäèí èç ýòèõ òåñòîâ íå ïðîõîäèò, êîììóòàòîðîì ïîñûëàåòñÿ çàïðîñ íà ïîâòîðíóþ ïåðåäà÷ó êàäðà.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
111
Åñëè ïåðâîíà÷àëüíûå ñåòè ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ ïðåäîñòàâëÿëè êîíå÷íîìó ïîëüçîâàòåëþ ñêîðîñòü îêîëî 64 Êáèò/ñ, òî ñåòè Frame Relay ïîçâîëèëè ïîäêëþ÷àòüñÿ ïîëüçîâàòåëÿì â ãëîáàëüíóþ òåëåêîììóíèêàöèîííóþ ñåòü ñî ñêîðîñòüþ 2 Ìáèò/ñ. Ãëàâíûì äîñòîèíñòâîì òåõíîëîãèè Frame Relay ñòàëà íèçêàÿ èçáûòî÷íîñòü èíôîðìàöèè â ïàêåòå, ÷òî ñèëüíî óâåëè÷èëî ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ïåðåäà÷è äàííûõ â ñåòè. Ïåðâîíà÷àëüíî ïðåäíàçíà÷åííûå äëÿ îáúåäèíåíèÿ ËÂÑ ñåòè Frame Relay ñåãîäíÿ îõâàòûâàþò øèðîêèé äèàïàçîí ïîòîêîâ äàííûõ, âêëþ÷àÿ SNA, X.25 è ðÿä äðóãèõ.  òî æå âðåìÿ, Frame Relay ïîëó÷èë îãðàíè÷åííîå ïðèìåíåíèå â òåððèòîðèàëüíûõ ñåòÿõ. Îäíà èç ïðè÷èí êðîåòñÿ â òîì, ÷òî â ñòàíäàðòå çàëîæåíà âîçìîæíîñòü ïåðåäà÷è ïðîòÿæåííûõ êàäðîâ, ïðè÷åì ðàçíîé äëèíû: ïåðåäàâàåìûå êàäðû ìîãóò èìåòü ïåðåìåííóþ äëèíó äî 1500 áèò. Äðóãàÿ ïðè÷èíà â òîì, ÷òî áèòîâàÿ ñêîðîñòü äëÿ ïîòîêà äàííûõ îò êîíêðåòíîãî ïåðåäàþùåãî óñòðîéñòâà ìîæåò áûòü íåïîñòîÿííîé îò óçëà ê óçëó â ñåòè Frame Relay èç-çà ñòàòèñòè÷åñêîãî ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ ïàêåòîâ ðàçíîé äëèíû. Òàêèì îáðàçîì, âîçìîæíû çàäåðæêè â ñëåäîâàíèè ïàêåòîâ è âàðèàöèè ýòèõ çàäåðæåê. Õîòÿ ýòè ñâîéñòâî âåñüìà óäîáíû äëÿ ïåðåäà÷è äàííûõ (ñîîáùåíèé, êîìàíä, ôàéëîâ è òàê äàëåå), îíè ïëîõî "óæèâàþòñÿ" ñ ïåðåäà÷åé ãîëîñà è âèäåîèçîáðàæåíèÿ. Ïîñëåäíèå òðåáóþò ïåðåäà÷è ðåãóëÿðíûõ ïîòîêîâ, ñêîðîñòü æå ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè îò óçëà ê óçëó â ñåòè Frame Relay íå ïîñòîÿííà, è ïîýòîìó ïðè ïåðåäà÷å ãîëîñà èëè âèäåîèçîáðàæåíèÿ èõ êà÷åñòâî ìîæåò óõóäøàòüñÿ ïðè áîëüøîé çàãðóæåííîñòè ñåòè. Èíòåðôåéñ Frame Relay, áåçóñëîâíî, îñòàíåòñÿ ïîëüçîâàòåëüñêèì èíòåðôåéñîì, íî ïðè ïîäêëþ÷åíèè ê ãëîáàëüíîé ñåòè îí, î÷åâèäíî, áóäåò ïðåîáðàçîâûâàòüñÿ â áîëåå óíèâåðñàëüíûé ïðîòîêîë ATM.
Ðåòðàíñëÿöèÿ ÿ÷ååê Cell Relay Ðåòðàíñëÿöèÿ ÿ÷ååê, áîëåå èçâåñòíàÿ êàê ATM, ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé êóëüìèíàöèþ èññëåäîâàíèé â îáëàñòè ïàêåòíîé êîììóòàöèè è êîììóòàöèè êàíàëîâ íà ïðîòÿæåíèå ïîñëåäíèõ 20 ëåò. Óäîáíî ðàññìàòðèâàòü òåõíîëîãèþ ðåòðàíñëÿöèè ÿ÷ååê, êàê ýâîëþöèþ òåõíîëîãèè ðåòðàíñëÿöèè êàäðîâ. Ãëàâíûì îòëè÷èåì ìåæäó íèìè ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî Frame Relay èñïîëüçóåò ïàêåòû ïåðåìåííîé äëèíû, à Cell Relay èñïîëüçóåò ïàêåòû ôèêñèðîâàííîé äëèíû, êîòîðûå íàçûâàþòñÿ ÿ÷åéêàìè, è ïðåäîñòàâëÿþò îãðàíè÷åííûé äî ìèíèìóìà çàãîëîâîê äëÿ âûïîëíåíèÿ êîíòðîëÿ. Èñïîëüçóÿ ôèêñèðîâàííóþ äëèíó ïàêåòîâ â ÿ÷åéêå ATM, óäàëîñü åùå ñèëüíåå ñîêðàòèòü çàãîëîâîê ïî ñðàâíåíèþ ñ çàãîëîâêîì ïàêåòà. Åñëè Frame Relay îáû÷íî ïðåäîñòàâëÿåò ñêîðîñòü êàíàëà ïîäêëþ÷åíèÿ äëÿ êîíå÷íîãî ïîëüçîâàòåëÿ ê ñåòè äî 2 Ìáèò/c, òî ATM ïîçâîëÿåò ïîäêëþ÷àòü êîíå÷íûõ ïîëüçîâàòåëåé íà ñêîðîñòè îò äåñÿòêîâ äî ñîòåí Ìáèò/ñ.
Ýâîëþöèÿ êîíöåïöèé ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè c ïîÿâëåíèåì âîëîêíà  ïîñëåäíåå äåñÿòèëåòèå èìååò ìåñòî ìîùíûé òåõíîëîãè÷åñêèé ïðîãðåññ â ñôåðå òåëåêîììóíèêàöèé è îñîáåííî â îáëàñòè ÂÎËÑ. Ýòî îòðàæàåòñÿ íà ðîñòå ñêîðîñòåé ïåðåäà÷è è óâåëè÷åíèè ðàññòîÿíèé ïåðåäàþùèõ ëèíèé. Ãëàâíîé îñîáåííîñòüþ ÂÎËÑ ÿâëÿåòñÿ î÷åíü íèçêèé óðîâåíü ïîìåõ ïðè î÷åíü âûñîêîé ïîëîñå ïðîïóñêàíèÿ. Ïðîòîêîë X.25 áûë îäíèì èç ïåðâûõ ïðîòîêîëîâ, èñïîëüçóþùèõ ïðèíöèïû ïàêåòíîé êîììóòàöèè. Îäíàêî ÷ðåçìåðíàÿ ñëîæíîñòü ïðîòîêîëà è âñòðîåííàÿ èçáûòî÷íîñòü ïåðåäàâàåìîé èíôîðìàöèè áûëè íåîáõîäèìû, ïîñêîëüêó ïðîòîêîë ïðåäíàçíà÷àëñÿ äëÿ ðàáîòû â óñëîâèÿõ, êîãäà èñïîëüçîâàëèñü ïëîõèå ìåäíûå ëèíèè ñâÿçè ñ áîëüøèì óðîâíåì ïîìåõ. Íî ñ ðîñòîì êà÷åñòâà ëèíèé ñâÿçè, êàêîâûìè ÿâëÿþòñÿ ÂÎËÑ, ýòè ñâîéñòâà ïðîòîêîëà ñòàíîâÿòñÿ ðóäèìåíòàðíûìè. Ãëàâíàÿ èäåÿ äàëüíåéøåãî ðàçâèòèÿ ïðèíöèïîâ ïàêåòíîé êîììóòàöèè çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî ôóíêöèÿ êîíòðîëÿ ïåðåäàâàåìûõ äàííûõ ñîâñåì íå îáÿçàòåëüíî äîëæíà áûòü ïðèïèñàíà âñåì óçëàì ñåòè, åñëè ýòîé ôóíêöèåé íàäåëåíû êîíå÷íûå ñåòåâûå óñòðîéñòâà [11]. Íî â ýòîì ñëó÷àå ëèíèÿ ñâÿçè äîëæíà áûòü ñåìàíòè÷åñêè ïðîçðà÷íîé, ò.å. ãàðàíòèðîâàòü èñïðàâíóþ äîñòàâêó áèòîâ, ïåðåäàâàåìûõ îò èñòî÷íèêà â ïóíêò íàçíà÷åíèÿ. Èìåííî ýòî è ïîçâîëÿåò ñäåëàòü ÂÎËÑ.  ðàííèõ ñåòÿõ ñ êîììóòàöèåé ïàêåòîâ (X.25) èç-çà ïëîõèõ ëèíèé ñâÿçè êà÷åñòâî ïåðåäà÷è ïàäàëî îò óçëà ê óçëó. Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ñåìàíòè÷åñêîé ïðîçðà÷íîñòè òðåáîâàëàñü ïðîâåðêà îøèáîê íà êàæäîì ñåãìåíòå, ðèñ. 5.15 à. Òàê, íàïðèìåð, êîíòðîëü îøèáîê, ïîääåðæèâàåìûé ïðîòîêîëîì HDLC, âêëþ÷àåò àíàëèç íà÷àëüíûõ è êîíå÷íûõ îãðàíè÷èòåëåé êàäðà (êîíòðîëü öåëîñòíîñòè êàäðà), êîíòðîëü îøèáîê, èñïðàâëåíèå îøèáîê è äðóãèå ôóíêöèè.
112
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Конечное сетевое устройство 3 2 1
полный контроль ошибок
Конечное сетевое устройство
Узел сети 3 2 1
3 2 1
полный контроль ошибок
3 2 1
а) Полный контроль ошибок между узлами (X.25) 3 2b 2a 1
полный контроль ошибок 2b 2a 1
2b 2a 1
3 2b 2a 1
б) Ограниченный контроль ошибок (Frame Relay) 3 2 1
полный контроль ошибок 1
1
3 2 1
в) Контроль ошибок передаваемой информации осуществляется только между конечными сетевыми станциями (B-ISDN)
Ðèñ. 5.15. Ýâîëþöèÿ êîíöåïöèé ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè
 ñîâåðøåíñòâóþùåéñÿ òåõíîëîãèè êà÷åñòâî ñðåäû ïåðåäà÷è è êîììóòàöèè ðàñòóò. Òàêèì îáðàçîì, óìåíüøàåòñÿ êîëè÷åñòâî îøèáîê â ñåòè.  ïðîòîêîëå Frame Relay òîëüêî îäíà ôóíêöèÿ – ïðîâåðêà öåëîñòíîñòè êàäðà – ñîõðàíÿåòñÿ çà óçëàìè ðåòðàíñëÿöèè. Îñòàëüíûå ôóíêöèè ïåðåíîñÿòñÿ íà êîíå÷íûå ñåòåâûå óñòðîéñòâà, ñì. ðèñ. 5.15 á.  ïðîòîêîëå øèðîêîïîëîñíîé ïåðåäà÷è äàííûõ B-ISDN (ATM) ýòà èäåÿ ïîëó÷àåò äàëüíåéøåå ðàçâèòèå. Îòïàäàåò ôóíêöèÿ öåëîñòíîñòè êîíòðîëÿ êàäðà íà óçëàõ. Âñÿ ðàáîòà ïåðåíîñèòñÿ íà êîíå÷íûå ñåòåâûå óñòðîéñòâà, à óçåë êîììóòàöèè íàäåëÿåòñÿ ìèíèìóìîì ñåòåâûõ ôóíêöèé, ðèñ. 5.15 â.
5.3. Ýòàëîííàÿ ìîäåëü OSI Ñåòåâàÿ ñèñòåìà êîíñòðóèðóåòñÿ ïî ñëîÿì èëè óðîâíÿì. Êàæäûé óðîâåíü âûïîëíÿåò îïðåäåëåííûé íàáîð ïðèñóùèõ åìó ôóíêöèé.  ðåçóëüòàòå îáúåäèíåíèÿ óðîâíåé îáðàçóåòñÿ ñåòåâàÿ àðõèòåêòóðà. Ñåòåâàÿ àðõèòåêòóðà âûäåëÿåò ôóíêöèè ñâÿçè ïî îïðåäåëåííûì ëîãè÷åñêèì ãðóïïàì – óðîâíÿì, ÷òî â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè óïðîùàåò ñòàíäàðòèçàöèþ. Ãëàâíîé ÷åðòîé îòêðûòîé ñåòåâîé àðõèòåêòóðû ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ïðàâèëà âçàèìîäåéñòâèÿ óðîâíåé íå ïðåäñòàâëÿþò çàêðûòóþ èíôîðìàöèþ èëè ñîáñòâåííîñòü êàêîé-ëèáî îðãàíèçàöèè, à îòêðûòû äëÿ âñåîáùåãî èçó÷åíèÿ è èñïîëüçîâàíèÿ. Êàæäûé óðîâåíü èìååò ñâîè îïðåäåëåííûå ïðàâèëà è ïðîöåäóðû, êîòîðûå íàçûâàþòñÿ ïðîòîêîëàìè. Ïðîòîêîëû ðåãóëèðóþò àêòèâíîñòü â ïðåäåëàõ óðîâíÿ è õàðàêòåð âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó óðîâíÿìè. Äîïóñêàåòñÿ âçàèìîäåéñòâèå êàê ìåæäó ñîñåäíèìè óðîâíÿìè ïî âåðòèêàëè â ïðåäåëàõ îäíîãî ñåòåâîãî óñòðîéñòâà, òàê è ìåæäó îäíîòèïíûìè óðîâíÿìè ðàçíûõ ñåòåâûõ óñòðîéñòâ.  ðåçóëüòàòå ýòîãî ïðîèñõîäèò ïåðåäà÷à è ïðåîáðàçîâàíèå äàííûõ ìåæäó óðîâíÿìè â ïðåäåëàõ îäíîãî ñåòåâîãî óñòðîéñòâà è ìåæäó ðàçëè÷íûìè ñåòåâûìè óñòðîéñòâàìè. Óðîâíè íåçàâèñèìû äðóã îò äðóãà â òîì ñìûñëå, ÷òî èçìåíåíèå îäíîãî óðîâíÿ èëè åãî âíóòðåííèõ ïðîòîêîëîâ íå âëå÷åò èçìåíåíèÿ ïðîòîêîëîâ â ñîñåäíèõ óðîâíÿõ. Ðàçäåëåíèå íà óðîâíè î÷åíü óäîáíî è ïîçâîëÿåò ñëåäóþùåå: •
óïðîñòèòü êîíñòðóèðîâàíèå ñåòè è ñòðóêòóðèðîâàòü åå ôóíêöèè;
•
ðàñøèðèòü íàáîð ïðèëîæåíèé, îðèåíòèðîâàííûõ íà ïîëüçîâàòåëåé ñåòè;
•
îáåñïå÷èòü íàðàùèâàíèå ñåòè â ïðîöåññå åå ðàçâèòèÿ.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
113
Íàèáîëüøóþ ïîïóëÿðíîñòü â ìèðå ïîëó÷èëà îòêðûòàÿ ñåòåâàÿ àðõèòåêòóðà, èñïîëüçóþùàÿ â ñâîåé îñíîâå ýòàëîííóþ ìîäåëü âçàèìîäåéñòâèÿ îòêðûòûõ ñèñòåì èëè ÝÌÂÎÑ (Open Systems Interconnection/Reference Model), èëè êðàòêî ìîäåëü OSI (ÂÎÑ). Ýòà ñåìèóðîâíåâàÿ ìîäåëü áûëà ðàçðàáîòàíà â 1977 ã. ñîâìåñòíî ISO è CCITT (ñîâðåìåííîå íàçâàíèå ITU-T) è íà ñåãîäíÿøíèé äåíü ñîñòàâëÿåò îñíîâó äëÿ ðàçâèòèÿ ìåæäóíàðîäíûõ ñòàíäàðòîâ â îáëàñòè êîìïüþòåðíûõ êîììóíèêàöèé, òàáë. 5.4 [12].
Òàáëèöà 5.4. Óðîâíè ìîäåëè OSI è èõ îñíîâíûå ôóíêöèè Óðîâåíü (layer)
Íàçíà÷åíèå
1 Ôèçè÷åñêèé (Physical)
Îòâåòñòâåíåí çà ôèçè÷åñêèå, ýëåêòðè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ëèíèè ñâÿçè ìåæäó óçëàìè (êîàêñèàëüíûå êàáåëè; âèòûå ïàðû; âîëîêîííî-îïòè÷åñêèå êàáåëè; ðàçúåìû, íàïðèìåð RJ-45, AUI, DB-9, MIC, ST, SC; ïîâòîðèòåëè; òðàíñèâåðû è ò.ä.).
2 Êàíàëüíûé (Data Link)
Îáåñïå÷èâàåò íàäåæíóþ ïåðåäà÷ó äàííûõ ïî ôèçè÷åñêèì ëèíèÿì ñâÿçè. Íà ýòîì óðîâíå (çâåíà äàííûõ) ïðîèñõîäèò èñïðàâëåíèå îøèáîê ïåðåäà÷è, êîäèðîâàíèå è äåêîäèðîâàíèå îòïðàâëÿåìûõ èëè ïðèíèìàåìûõ áèòîâûõ ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé. Êàíàëüíûé óðîâåíü ïîäðàçäåëÿåòñÿ íà ïîäóðîâåíü Medium Access Control (MAC) – Óïðàâëåíèå äîñòóïîì ê ñðåäå è íà ïîäóðîâåíü Logical Link Control (LLC) – Óïðàâëåíèå ëîãè÷åñêèì êàíàëîì. Óðîâåíü MAC – îïðåäåëÿåò õàðàêòåð äîñòóïà ê ñðåäå – äåòåðìèíèðîâàííûé äîñòóï ñ ïåðåäà÷åé ìàðêåðà (Arcnet, Token Ring, FDDI, 100VG AnyLAN) èëè ìíîæåñòâåííûé äîñòóï ñ ðàñïîçíàâàíèåì êîëëèçèé (Ethernet – IEEE 802.3). Óðîâåíü LLC – âåðõíèé ïîäóðîâåíü – ïîñûëàåò è ïîëó÷àåò ñîîáùåíèÿ ñ ïîëåçíûìè äàííûìè.
3 Ñåòåâîé (Network)
Îáåñïå÷èâàåò äëÿ âåðõíèõ óðîâíåé íåçàâèñèìîñòü îò ñòàíäàðòà ïåðåäà÷è äàííûõ (ïðîçðà÷íîñòü), îïåðèðóåò ñ òàêèìè ïðîòîêîëàìè, êàê IPX, TCP/IP è äð., à òàêæå îòâå÷àåò çà àäðåñàöèþ è äîñòàâêó ñîîáùåíèé.
4 Òðàíñïîðòíûé (Transport)
Óïðàâëÿåò óïîðÿäî÷èâàíèåì êîìïîíåíòîâ ñîîáùåíèé è ðåãóëèðóåò âõîäÿùèé ïîòîê, åñëè íà îáðàáîòêó ïðèõîäèò äâà èëè áîëåå ïàêåòîâ îäíîâðåìåííî. Äóáëèðîâàííûå ïàêåòû ðàñïîçíàþòñÿ ýòèì óðîâíåì è ëèøíèå äóáëèêàòû ôèëüòðóþòñÿ.
5 Ñåññèîííûé (Session)
Îòêðûâàåò ñîåäèíåíèå (ñåññèþ èëè ñåàíñ), ïîääåðæèâàåò äèàëîã, ò.å. óïðàâëÿåò îòïðàâêîé ñîîáùåíèé òóäà è îáðàòíî, è çàêðûâàåò ñåññèè. Ýòîò óðîâåíü ïîçâîëÿåò ïðèêëàäíûì ïðîãðàììàì, ðàáîòàþùèì íà ðàçíûõ ñåòåâûõ óñòðîéñòâàõ, êîîðäèíèðîâàòü ñâîå âçàèìîäåéñòâèå â ðàìêàõ îòäåëüíûõ ñåññèé (ñåàíñîâ).
6 Ïðåäñòàâèòåëüíûé (Presentation)
Îñóùåñòâëÿåò ïðåîáðàçîâàíèÿ äàííûõ èç âíóòðåííåãî ÷èñëîâîãî ôîðìàòà, ïðèñóùåãî äàííîìó ñåòåâîìó óñòðîéñòâó, â ñòàíäàðòíûé êîììóíèêàöèîííûé ôîðìàò. Ïðèìåðû: êîäèðîâàíèå, ñæàòèå, ïåðåôîðìàòèðîâàíèå òåêñòà.
7 Ïðèêëàäíîé (Application)
Ïðåäîñòàâëÿåò ïðîãðàììèñòó èíòåðôåéñ ê ìîäåëè OSI. Ïðèìåðû: ñåðâåð òðàíçàêöèé, ïðîòîêîë FTP, ñåòåâîå àäìèíèñòðèðîâàíèå.
Óðîâíè ñ ìåíüøèì íîìåðîì ïðèíÿòî íàçûâàòü íèçêèìè óðîâíÿìè, à óðîâíè ñ áîëüøèì íîìåðîì – âûñîêèìè.
Ñòàíäàðòû IEEE 802 Ñåòåâûå ïðîòîêîëû è ñòàíäàðòû, îõâàòûâàþùèå äâà íèæíèõ óðîâíÿ ìîäåëè OSI (ôèçè÷åñêèé è êàíàëüíûé) áûëè ðàçðàáîòàíû êîìèòåòîì IEEE 8802 (ñîêðàùåííî IEEE 802). Ïîëó÷èëî ðàñïðîñòðàíåíèå íåñêîëüêî ðàçëè÷íûõ âàðèàíòîâ ïîñòðîåíèÿ ýòèõ óðîâíåé. Ïðè÷åì ó êàíàëüíîãî óðîâíÿ òîëüêî åãî íèæíèé ïîäóðîâåíü – MAC (óïðàâëåíèå äîñòóïîì ê ñðåäå) – áûë âûäåëåí è îáúåäèíåí ñ ôèçè÷åñêèì óðîâíåì äëÿ îðãàíèçàöèè ñåòåâîãî ñòàíäàðòà. Òàêèì îáðàçîì, ïðîòîêîëû ïîäóðîâíÿ LLC (êàíàëüíîãî óðîâíÿ) è áîëåå âûñîêèõ óðîâíåé 3, 4 è ò.ä. îñòàëèñü íåçàâèñèìûìè îò ñåòåâûõ ñòàíäàðòîâ. Íà ðèñ. 5.16 ïðèâåäåíû îñíîâíûå ñåòåâûå ñòàíäàðòû IEEE 802. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ñòàíäàðò FDDI, íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî áûë ðàçðàáîòàí äðóãîé îðãàíèçàöèåé, òàêæå âêëþ÷åí â ýòó ãðóïïó ñåòåâûõ ñòàíäàðòîâ, òàê êàê îí âûïîëíåí â ïîëíîì ñîîòâåòñòâèè ñ ýòàëîííîé ìîäåëüþ OSI/IEEE 802. 114
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
IEEE 802.12 VG AnyLAN Детерминированный доступ с предоставлением приоритетов
IEEE 802.11 CSMA, polling Множественный доступ c активным опросом сообщений (безпроводная сеть)
ANSI/ISO 9314 FDDI Маркерный доступ к кольцу
IEEE 802.6 DQDB Распределенный доступ к двойной шине
IEEE 802.5 Token Ring Маркерный доступ к кольцу
IEEE 802.4 Token Bus Маркерный доступ к шине
IEEE 802.3 Ethernet Множественный доступ к шине с контролем несущей и обнаружением конфликтов
IEEE 802.2 Службы передачи: - без подтверждения, без установления соединения; - с установлением соединения; - с подтверждением, без установления соединения.
Ðèñ. 5.16. Ñåòåâûå ñòàíäàðòû IEEE 802 Ïðè÷èí ðàçðàáîòêè ñòîëü áîëüøîãî ÷èñëà ñåòåâûõ ñòàíäàðòîâ äâå: ïåðâàÿ – îáåñïå÷èòü íà ñåòåâîì ðûíêå äëÿ îáû÷íûõ ïîëüçîâàòåëåé ìåíåå äîðîãèå ñåòåâûå èíòåðôåéñû, ñòîèìîñòü êîòîðûõ áûëà áû çíà÷èòåëüíî ìåíüøå ñòîèìîñòè íàñòîëüíîãî ÏÊ; âòîðàÿ – óäîâëåòâîðèòü ïîòðåáíîñòè â ñêîðîñòíîé ïåðåäà÷å äàííûõ, ñâîéñòâåííîé ñîâðåìåííûì ïðèëîæåíèÿì (íàïðèìåð, êëèåíò-ñåðâåð) è íåîáõîäèìîé ïðè îðãàíèçàöèè ñåòåâûõ ìàãèñòðàëåé.
Ëèòåðàòóðà ê ãëàâå 5 1. 2.
3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.
Optimux-4E1, Four E1 Channel Multiplexer, RAD Data Communications, 1997 http://www.rad.com/products/family/opt_4e1/opt_4e1.html E1 Quad Fibre Loop Converter and Universal Mounting Chassis – Ordering Information, ADC Telecommunication QFLC, 1997, http://www.adc.com/Products/FLC_products/E1Quad_specs.html The Fiber Optic Multiplexer FME-H: Up To 6 x E1/T1 Over Fiber, Pan Dacom, 1997, http://www.pandacom.com/news/tele_p/telecom.html MagnumPlus and Magnum100 Broadband Access Multiplexors, ADC Kentrox, 1998, http://www.kentrox.com/products/index.html MultiHUB – Multifunctional intelligent hub supporting Ethernet, Token Ring, and real-time protocols, Fibronics,1996, http://www.fibronics.co.il/fib96/multihub/mhinfo.html PremNet Branch – The Power of PremNet in a Smaller Package, Racal Data Group, 1997, http://products.rdl.co.uk/nlines1/21f6_1be.htm E. B. Carne. Telecommunications Primer – Signals, Building Blocks and Networks, Prentice Hall PRT, 1995. – 596 p. All-Optical Networking Consortium, WDM Description, 1996, http://www.ll.mit.edu/aon/aonWDM.html M. De Prycker. Asynchronous Transfer Mode: Solution for Broadband ISDN, New York: Ellis Horwood, 1993 W. Stallings. Local & Metropolitan Area Networks, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey 07458, 1997. – 605 p. M. De Prycker, R. Peschi, T. Van Landegem. "B-ISDN and the OSI Protocol Reference Model", IEEE Network, March, 1993, pp. 10-18 F. Halsall. Data Communications, Computer Networks and Open Systems, Addison-Wesley, 1996. – 907 p.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
115
6. Ñåòè FDDI FDDI (Fiber Distributed Data Interface) – ýòî ñòàíäàðò, èëè, âåðíåå, íàáîð ñåòåâûõ ñòàíäàðòîâ, îðèåíòèðîâàííûõ, ïðåæäå âñåãî, íà ïåðåäà÷ó äàííûõ ïî âîëîêîííî-îïòè÷åñêîìó êàáåëþ ñî ñêîðîñòüþ 100 Ìáèò/ñ. Ïîäàâëÿþùàÿ ÷àñòü ñïåöèôèêàöèé ñòàíäàðòà FDDI áûëà ðàçðàáîòàíà ïðîáëåìíîé ãðóïïîé X3T9.5 (ANSI) âî âòîðîé ïîëîâèíå 80-õ ãîäîâ. FDDI ñòàëà ïåðâîé ËÂÑ, èñïîëüçóþùåé â êà÷åñòâå ñðåäû ïåðåäà÷è îïòè÷åñêîå âîëîêíî.  íàñòîÿùåå âðåìÿ áîëüøèíñòâî ñåòåâûõ òåõíîëîãèé ïîääåðæèâàþò âîëîêîííî-îïòè÷åñêèé èíòåðôåéñ â êà÷åñòâå îäíîãî èç âàðèàíòîâ ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ, íî FDDI îñòàåòñÿ íàèáîëåå îòðàáîòàííîé âûñîêîñêîðîñòíîé òåõíîëîãèåé, ñòàíäàðòû íà êîòîðóþ ïðîøëè ïðîâåðêó âðåìåíåì è óñòîÿëèñü, à îáîðóäîâàíèå ðàçëè÷íûõ ïðîèçâîäèòåëåé ïîêàçûâàåò õîðîøóþ ñòåïåíü ñîâìåñòèìîñòè [1, 2, 3]. Ïðè ðàçðàáîòêå òåõíîëîãèè FDDI ñòàâèëèñü â êà÷åñòâå íàèáîëåå ïðèîðèòåòíûõ ñëåäóþùèå öåëè: •
Ïîâûøåíèå áèòîâîé ñêîðîñòè ïåðåäà÷è äàííûõ äî 100 Ìáèò/ñ;
•
Ïîâûøåíèå îòêàçîóñòîé÷èâîñòè ñåòè çà ñ÷åò ñòàíäàðòíûõ ïðîöåäóð âîññòàíîâëåíèÿ åå ïîñëå îòêàçîâ ðàçëè÷íîãî ðîäà – ïîâðåæäåíèÿ êàáåëÿ, íåêîððåêòíîé ðàáîòû ñåòåâîãî óçëà, âîçíèêíîâåíèÿ âûñîêîãî óðîâíÿ ïîìåõ íà ëèíèè è ò.ï.;
•
Ìàêñèìàëüíî ýôôåêòèâíîå èñïîëüçîâàíèå ïîòåíöèàëüíîé ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòè ñåòè êàê äëÿ àñèíõðîííîãî, òàê è äëÿ ñèíõðîííîãî òðàôèêîâ.
Òåõíîëîãèÿ FDDI âî ìíîãîì îñíîâûâàåòñÿ íà òåõíîëîãèè Token Ring, ðàçâèâàÿ è ñîâåðøåíñòâóÿ åå îñíîâíûå èäåè. Ó ïðîòîêîëà FDDI åñòü è ñóùåñòâåííûå îòëè÷èÿ îò Token Ring. Ýòè îòëè÷èÿ ñâÿçàíû ñ òðåáîâàíèÿìè, êîòîðûå íåîáõîäèìû äëÿ ïîääåðæêè áîëüøîé ñêîðîñòè ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè, áîëüøèõ ðàññòîÿíèé è âîçìîæíîñòè íàðÿäó ñ àñèíõðîííîé ïåðåäà÷åé äàííûõ âåñòè ñèíõðîííóþ ïåðåäà÷ó. Äâà îñíîâíûõ îòëè÷èÿ â ïðîòîêîëàõ óïðàâëåíèÿ ìàðêåðîì ó FDDI è IEEE 802.5 Token Ring ñëåäóþùèå [4]: •
â Token Ring ñòàíöèÿ, ïåðåäàþùàÿ êàäðû, óäåðæèâàåò ìàðêåð äî òåõ ïîð, ïîêà íå ïîëó÷èò âñå îòïðàâëåííûå ïàêåòû.  FDDI æå ñòàíöèÿ âûïóñêàåò ìàðêåð íåïîñðåäñòâåííî çà îêîí÷àíèåì ïåðåäà÷è êàäðà (êàäðîâ);
•
FDDI íå èñïîëüçóåò ïðèîðèòåò è ïîëÿ ðåçåðâèðîâàíèÿ, êîòîðûå Token Ring èñïîëüçóåò äëÿ âûäåëåíèÿ ñèñòåìíûõ ðåñóðñîâ. Â òàáë. 6.1 óêàçàíû îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè ñåòè FDDI.
Òàáëèöà 6.1. Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè ñåòè FDDI Ñêîðîñòü ïåðåäà÷è
100 Ìáèò/ñ
Òèï äîñòóïà ê ñðåäå
ìàðêåðíûé
Ìàêñèìàëüíûé ðàçìåð êàäðà äàííûõ
4500 áàéò
Ìàêñèìàëüíîå ÷èñëî ñòàíöèé
500
Ìàêñèìàëüíîå ðàññòîÿíèå ìåæäó ñòàíöèÿìè
2 êì (ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî) 20 êì* (îäíîìîäîâîå âîëîêíî) 100 ì (íåýêðàíèðîâàííàÿ âèòàÿ ïàðà UTP Cat.5) 100 ì (ýêðàíèðîâàííàÿ âèòàÿ ïàðà IBM Type 1)
Ìàêñèìàëüíàÿ äëèíà ïóòè îáõîäà ìàðêåðà
200 êì
Ìàêñèìàëüíàÿ ïðîòÿæåííîñòü ñåòè ïðè êîëüöåâîé òîïîëîãèè (ïåðèìåòð)
100 êì** (äâîéíîå êîëüöî FDDI)
Ñðåäà *
Îïòè÷åñêîå âîëîêíî (ìíîãîìîäîâîå, îäíîìîäîâîå), âèòàÿ ïàðà (UTP Cat.5, IBM Type 1)
Íåêîòîðûå ïðîèçâîäèòåëè âûïóñêàþò îáîðóäîâàíèå íà ðàññòîÿíèå ïåðåäà÷è äî 50 êì.
** Ïðè óêàçàííîé äëèíå ñåòü áóäåò ïðîäîëæàòü êîððåêòíî ðàáîòàòü è ñîõðàíÿòü öåëîñòíîñòü ïðè ïîÿâëåíèè åäèíè÷íîãî ðàçðûâà êîëüöà èëè ïðè îòêëþ÷åíèè îäíîé èç ñòàíöèé êîëüöà (ðåæèì WRAP) – ïðè ýòîì äëèíà ïóòè îáõîäà ìàðêåðà íå áóäåò ïðåâûøàòü 200 êì.
116
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
6.1. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ Êëàññè÷åñêèé âàðèàíò ñåòè FDDI ñòðîèòñÿ íà îñíîâå äâóõ âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ êîëåö (äâîéíîãî êîëüöà), ñâåòîâîé ñèãíàë ïî êîòîðûì ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ â ïðîòèâîïîëîæíûõ íàïðàâëåíèÿõ, ðèñ. 6.1 à. Êàæäûé óçåë ïîäêëþ÷àþòñÿ íà ïðèåì è ïåðåäà÷ó ê îáîèì êîëüöàì. Èìåííî òàêàÿ êîëüöåâàÿ ôèçè÷åñêàÿ òîïîëîãèÿ ðåàëèçóåò îñíîâíîé ñïîñîá ïîâûøåíèÿ îòêàçîóñòîé÷èâîñòè ñåòè.  íîðìàëüíîì ðåæèìå ðàáîòû äàííûå èäóò îò ñòàíöèè ê ñòàíöèè òîëüêî ïî îäíîìó èç êîëåö, êîòîðîå íàçûâàåòñÿ ïåðâè÷íûì (primary). Äëÿ îïðåäåëåííîñòè íàïðàâëåíèå äâèæåíèÿ äàííûõ â ïåðâè÷íîì êîëüöå çàäàíî ïðîòèâ ÷àñîâîé ñòðåëêè. Ìàðøðóò ïåðåäà÷è äàííûõ îòðàæàåò ëîãè÷åñêóþ òîïîëîãèþ ñåòè FDDI, êîòîðàÿ âñåãäà åñòü êîëüöî. Âñå ñòàíöèè, êðîìå ïåðåäàþùåé è ïðèíèìàþùåé, îñóùåñòâëÿþò ðåòðàíñëÿöèþ äàííûõ è ÿâëÿþòñÿ ñêâîçíûìè. Âòîðè÷íîå êîëüöî (secondary) ÿâëÿåòñÿ ðåçåðâíûì è â íîðìàëüíîì ðåæèìå ðàáîòû ñåòè äëÿ ïåðåäà÷è äàííûõ íå èñïîëüçóåòñÿ, õîòÿ ïî íåìó è îñóùåñòâëÿåòñÿ íåïðåðûâíûé êîíòðîëü çà öåëîñòíîñòüþ êîëüöà.
Первичное кольцо
Вторичное кольцо
FDDI а)
FDDI б)
Ðèñ. 6.1. Äâîéíîå êîëüöî FDDI: à) íîðìàëüíûé ðåæèì ðàáîòû; á) ðåæèì ñâåðíóòîãî êîëüöà (WRAP)
 ñëó÷àå âîçíèêíîâåíèÿ êàêîãî-ëèáî îòêàçà â ñåòè, êîãäà ÷àñòü ïåðâè÷íîãî êîëüöà íå â ñîñòîÿíèè ïåðåäàâàòü äàííûå (íàïðèìåð, îáðûâ êàáåëÿ, âûõîä èç ñòðîÿ èëè îòêëþ÷åíèå îäíîãî èç óçëîâ), äëÿ ïåðåäà÷è äàííûõ àêòèâèçèðóåòñÿ âòîðè÷íîå êîëüöî, êîòîðîå äîïîëíÿåò ïåðâè÷íîå, îáðàçóÿ âíîâü åäèíîå ëîãè÷åñêîå êîëüöî ïåðåäà÷è äàííûõ, ðèñ. 6.1 á. Ýòîò ðåæèì ðàáîòû ñåòè íàçûâàåòñÿ WRAP, òî åñòü "ñâåðòûâàíèå" êîëüöà. Îïåðàöèÿ ñâåðòûâàíèÿ ïðîèçâîäèòñÿ äâóìÿ ñåòåâûìè óñòðîéñòâàìè, íàõîäÿùèìèñÿ ïî îáå ñòîðîíû îò èñòî÷íèêà íåèñïðàâíîñòè (ïîâðåæäåííîãî êàáåëÿ, èëè âûøåäøåé èç ñòðîÿ ñòàíöèè/êîíöåíòðàòîðà). Èìåííî ÷åðåç ýòè óñòðîéñòâà ïðîèñõîäèò îáúåäèíåíèå ïåðâè÷íîãî è âòîðè÷íîãî êîëåö. Òàêèì îáðàçîì, ñåòü FDDI ìîæåò ïîëíîñòüþ âîññòàíàâëèâàòü ñâîþ ðàáîòîñïîñîáíîñòü è öåëîñòíîñòü â ñëó÷àå åäèíè÷íûõ îòêàçîâ åå ýëåìåíòîâ. Ïðè óñòðàíåíèè íåèñïðàâíîñòè ñåòü àâòîìàòè÷åñêè ïåðåõîäèò â íîðìàëüíûé ðåæèì ðàáîòû ñ ïåðåäà÷åé äàííûõ òîëüêî ïî ïåðâè÷íîìó êîëüöó.  ñòàíäàðòå FDDI îòâîäèòñÿ áîëüøîå âíèìàíèå ðàçëè÷íûì ïðîöåäóðàì, êîòîðûå áëàãîäàðÿ ðàñïðåäåëåííîìó ìåõàíèçìó óïðàâëåíèÿ ïîçâîëÿþò îïðåäåëèòü íàëè÷èå íåèñïðàâíîñòè â ñåòè, è çàòåì ïðîèçâåñòè íåîáõîäèìóþ ðåêîíôèãóðàöèþ. Ïðè ìíîæåñòâåííûõ îòêàçàõ ñåòü ðàñïàäàåòñÿ íà íåñêîëüêî íå ñâÿçàííûõ ñåòåé – ïðîèñõîäèò ìèêðîñåãìåíòàöèÿ ñåòè. Ðàáîòà ñåòè FDDI îñíîâàíà íà äåòåðìèíèðîâàííîì ìàðêåðíîì äîñòóïå ê ëîãè÷åñêîìó êîëüöó. Ñíà÷àëà ïðîèñõîäèò èíèöèàëèçàöèÿ êîëüöà, â ïðîöåññå êîòîðîé â êîëüöî îäíîé èç ñòàíöèé èñïóñêàåòñÿ ñïåöèàëüíûé óêîðî÷åííûé ïàêåò ñëóæåáíûõ äàííûõ – ìàðêåð (token). Ïîñëå òîãî, êàê ìàðêåð ñòàë öèðêóëèðîâàòü ïî êîëüöó, ñòàíöèè ìîãóò îáìåíèâàòüñÿ èíôîðìàöèåé. Äî òåõ ïîð, ïîêà íåò ïåðåäà÷è äàííûõ îò ñòàíöèè ê ñòàíöèè, öèðêóëèðóåò îäèí ëèøü ìàðêåð, ðèñ. 6.2 à, ïðè ïîëó÷åíèè êîòîðîãî ñòàíöèÿ îáðåòàåò âîçìîæíîñòü ïåðåäàâàòü èíôîðìàöèþ.  ñåòè FDDI ó êàæäîé ñòàíöèè åñòü ïðåäøåñòâóþùèé ñîñåä (upstream neighbor) è ïîñëåäóþùèé ñîñåä (downstream neighbor), îïðåäåëÿåìûå åå ôèçè÷åñêèìè ñâÿçÿìè è íàïðàâëåíèåì ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè.  êëàññè÷åñêîì âàðèàíòå ýòî îïðåäåëÿåòñÿ ïî ïåðâè÷íîìó êîëüöó. Ïåðåäà÷à èíôîðìàöèè îðãàíèçóåòñÿ â âèäå ïàêåòîâ äàííûõ äëèííîé äî 4500 áàéò, íàçûâàåìûõ êàäðàìè. Åñëè â ìîìåíò ïîëó÷åíèÿ ìàðêåðà ó ñòàíöèè íåò äàííûõ äëÿ ïåðåäà÷è, òî ïîëó÷èâ ìàðêåð, îíà íåìåäëåííî òðàíñëèðóåò åãî äàëüøå ïî êîëüöó. Ïðè æåëàíèè ïåðåäàâàòü ñòàíöèÿ, ïîëó÷èâ ìàðêåð, ìîæåò óäåðæèâàòü åãî è âåñòè ñîîòâåòñòâåííî ïåðåäà÷ó êàäðîâ â òå÷åíèå âðåìåíè, íàçûâàåìîãî âðåìåíåì óäåðæàíèÿ ìàðêåðà THT (token holding time) ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
117
(ðèñ. 6.2 á). Ïîñëå èñòå÷åíèÿ âðåìåíè THT ñòàíöèÿ îáÿçàíà çàâåðøèòü ïåðåäà÷ó ñâîåãî î÷åðåäíîãî êàäðà è ïåðåäàòü (îòïóñòèòü) ìàðêåð ïîñëåäóþùåé ñòàíöèè, ðèñ. 6.2 â.  ëþáîé ìîìåíò âðåìåíè ïåðåäàâàòü èíôîðìàöèþ ìîæåò òîëüêî îäíà ñòàíöèÿ, à èìåííî òà, êîòîðàÿ çàõâàòèëà ìàðêåð. а) Ожидание маркера маркер
г) Ретрансляция кадров
б) Передача данных
в) Выпускание маркера
кадры
д) Получение данных станцией назначения
е) Удаление данных станцией-источником
Ðèñ. 6.2. Ïåðåäà÷à äàííûõ
Êàæäàÿ ñòàíöèÿ ñåòè ÷èòàåò àäðåñíûå ïîëÿ ïîëó÷àåìûõ êàäðîâ.  òîì ñëó÷àå, êîãäà ñîáñòâåííûé àäðåñ ñòàíöèè – MAC àäðåñ – îòëè÷åí îò ïîëÿ àäðåñà ïîëó÷àòåëÿ, ñòàíöèÿ ïðîñòî ðåòðàíñëèðóåò êàäð äàëüøå ïî êîëüöó, ðèñ. 6.2 ã. Åñëè æå ñîáñòâåííûé àäðåñ ñòàíöèè ñîâïàäàåò ñ ïîëåì àäðåñà ïîëó÷àòåëÿ â ïðèíèìàåìîì êàäðå, ñòàíöèÿ êîïèðóåò â ñâîé âíóòðåííèé áóôåð äàííûé êàäð, ïðîâåðÿåò åãî êîððåêòíîñòü (ïî êîíòðîëüíîé ñóììå), ïåðåäàåò åãî ïîëå äàííûõ äëÿ ïîñëåäóþùåé îáðàáîòêè ïðîòîêîëó âûøåñòîÿùåãî óðîâíÿ (íàïðèìåð, IP), à çàòåì ïåðåäàåò èñõîäíûé êàäð ïî ñåòè ïîñëåäóþùåé ñòàíöèè (ðèñ. 6.2 ä), ïðåäâàðèòåëüíî ïðîñòàâèâ òðè ïðèçíàêà â ñïåöèàëüíûõ ïîëÿõ êàäðà: ðàñïîçíàâàíèÿ àäðåñà, êîïèðîâàíèÿ êàäðà è îòñóòñòâèÿ èëè íàëè÷èÿ â íåì îøèáîê. Äàëåå êàäðû, òðàíñëèðóÿñü îò óçëà ê óçëó, âîçâðàùàþòñÿ ê èñõîäíîé ñòàíöèè, êîòîðàÿ áûëà èõ èñòî÷íèêîì. Ñòàíöèÿ-èñòî÷íèê äëÿ êàæäîãî êàäðà ïðîâåðÿåò ïðèçíàêè êàäðà, äîøåë ëè îí äî ñòàíöèè íàçíà÷åíèÿ è íå áûë ëè ïðè ýòîì ïîâðåæäåí, è åñëè âñå íîðìàëüíî, ëèêâèäèðóåò ýòî êàäð (ðèñ. 6.2 å), îñâîáîæäàÿ ðåñóðñû ñåòè, èëè, â ïðîòèâíîì ñëó÷àå, ïûòàåòñÿ îñóùåñòâèòü ïîâòîðíóþ ïåðåäà÷ó.  ëþáîì ñëó÷àå ôóíêöèÿ óäàëåíèÿ êàäðà âîçëàãàåòñÿ íà ñòàíöèþ, êîòîðàÿ áûëà åãî èñòî÷íèêîì. Ìàðêåðíûé äîñòóï – ýòî îäíî èç íàèáîëåå ýôôåêòèâíûõ ðåøåíèé. Áëàãîäàðÿ ýòîìó ðåàëüíàÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü êîëüöà FDDI ïðè áîëüøîé çàãðóæåííîñòè äîñòèãàåò 95%. Äëÿ ïðèìåðà, ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñåòè Ethernet (â ðàìêàõ êîëëèçèîííîãî äîìåíà) ñ ðîñòîì çàãðóæåííîñòè äîñòèãàåò 30% îò ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòè. Ôîðìàòû ìàðêåðà è êàäðà FDDI, ïðîöåäóðà èíèöèàëèçàöèè êîëüöà, à òàêæå âîïðîñû ðàñïðåäåëåíèÿ ðåñóðñîâ ñåòè â íîðìàëüíîì ðåæèìå ïåðåäà÷è äàííûõ ðàññìîòðåíû â ï. 6.7.
6.2. Ñîñòàâëÿþùèå ñòàíäàðòà FDDI Ñîñòàâëÿþùèå óðîâíè ñòàíäàðòà FDDI è îñíîâíûå ôóíêöèè, âûïîëíÿåìûå ýòèìè óðîâíÿìè, ïðèâåäåíû íà ðèñ. 6.3.
118
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Êàê è ìíîãèå äðóãèå òåõíîëîãèè ëîêàëüíûõ ñåòåé, òåõíîëîãèÿ FDDI èñïîëüçóåò ïðîòîêîë 802.2 ïîäóðîâíÿ óïðàâëåíèÿ êàíàëîì äàííûõ (LLC), îïðåäåëåííûé â ñòàíäàðòàõ IEEE 802.2, è ISO 8802.2. FDDI èñïîëüçóåò ïåðâûé òèï ïðîöåäóð LLC, ïðè êîòîðîì óçëû ðàáîòàþò â äåéòàãðàììíîì ðåæèìå – áåç óñòàíîâëåíèÿ ñîåäèíåíèé è áåç âîññòàíîâëåíèÿ ïîòåðÿííûõ èëè ïîâðåæäåííûõ êàäðîâ.
IEEE 802.2 Управление логическим каналом
MAC
SMT
- адресация - формирование кадров - передача маркера
- диагностика состояния кольца - управление узлами - управление соединениями - кадры SMT
PHY - кодирование/декодирование - задание таймера - установка символов PMD / SMF-PMD / TP-PMD - параметры передачи - разъемы и кабели
FDDI Ðèñ. 6.3. Ñîñòàâëÿþùèå ñòàíäàðòà FDDI
Ïåðâîíà÷àëüíî (ê 1988 ãîäó) ñòàíäàðòèçîâàíû áûëè ñëåäóþùèå óðîâíè (íàèìåíîâàíèÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ äîêóìåíòîâ ANSI / ISO äëÿ FDDI ïðèâåäåíû â òàáë. 6.2): •
PMD (physical medium dependent) – íèæíèé ïîäóðîâåíü ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ. Åãî ñïåöèôèêàöèè îïðåäåëÿþò òðåáîâàíèÿ ê ñðåäå ïåðåäà÷è (ìíîãîìîäîâûé âîëîêîííîîïòè÷åñêèé êàáåëü) ê îïòè÷åñêèì ïðèåìîïåðåäàò÷èêàì (äîïóñòèìóþ ìîùíîñòü è ðàáî÷óþ äëèíó âîëíû 1300 íì), ìàêñèìàëüíîå äîïóñòèìîå ðàññòîÿíèå ìåæäó ñòàíöèÿìè (2 êì), òèïû ðàçúåìîâ, ôóíêöèîíèðîâàíèå îïòè÷åñêèõ îáõîäíûõ ïåðåêëþ÷àòåëåé (optical bypass switches), à òàêæå ïðåäñòàâëåíèå ñèãíàëîâ â îïòè÷åñêèõ âîëîêíàõ.
•
PHY (physical) – âåðõíèé ïîäóðîâåíü ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ. Îí îïðåäåëÿåò ñõåìó êîäèðîâàíèÿ è äåêîäèðîâàíèÿ äàííûõ ìåæäó MAC-óðîâíåì è óðîâíåì PMD, ñõåìó ñèíõðîíèçàöèè è ñïåöèàëüíûå óïðàâëÿþùèå ñèìâîëû.  åãî ñïåöèôèêàöèè âõîäèò: êîäèðîâàíèå èíôîðìàöèè â ñîîòâåòñòâèè ñî ñõåìîé 4B/5B; ïðàâèëà òàêòèðîâàíèÿ ñèãíàëîâ; òðåáîâàíèÿ ê ñòàáèëüíîñòè òàêòîâîé ÷àñòîòû 125 ÌÃö; ïðàâèëà ïðåîáðàçîâàíèÿ èíôîðìàöèè èç ïàðàëëåëüíîé ôîðìû â ïîñëåäîâàòåëüíóþ.
•
MAC (media access control) – óðîâåíü óïðàâëåíèÿ äîñòóïîì ê ñðåäå. Ýòîò óðîâåíü îïðåäåëÿåò: ïðîöåññû óïðàâëåíèÿ ìàðêåðîì (ïðîòîêîë ïåðåäà÷è, ïðàâèëà çàõâàòà è ðåòðàíñëÿöèè ìàðêåðà); ôîðìèðîâàíèå, ïðèåì è îáðàáîòêó êàäðîâ äàííûõ (èõ àäðåñàöèþ, îáíàðóæåíèå îøèáîê è âîññòàíîâëåíèå íà îñíîâå ïðîâåðêè 32-ðàçðÿäíîé êîíòðîëüíîé ñóììû); ìåõàíèçìû ðàñïðåäåëåíèÿ ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ ìåæäó óçëàìè.
•
SMT (station management) – óðîâåíü óïðàâëåíèÿ ñòàíöèåé. Ýòîò ñïåöèàëüíûé âñåîáúåìëþùèé óðîâåíü îïðåäåëÿåò: ïðîòîêîëû âçàèìîäåéñòâèÿ ýòîãî óðîâíÿ c óðîâíÿìè PHY, PMD è MAC; óïðàâëåíèå ñòàíöèÿìè è êîíöåíòðàòîðàìè; ïðîöåññû èíèöèàëèçàöèè êîëüöà è êîíòðîëü çà ñîåäèíåíèÿìè ìåæäó óçëàìè; îáðàáîòêó àâàðèéíûõ ñèòóàöèé (àëãîðèòìû îáíàðóæåíèÿ îøèáîê è âîññòàíîâëåíèÿ ïîñëå ñáîåâ).
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
119
Ïîçæå (1993-1994 ãã.) ê ñïåöèôèêàöèÿì óðîâíÿ PMD äîáàâëÿþòñÿ íîâûå ñïåöèôèêàöèè, ñòàíäàðòèçóþùèå äâà äðóãèõ èíòåðôåéñà, ñîîòâåòñòâåííî íà îäíîìîäîâîå âîëîêíî è âèòóþ ïàðó1: •
SMF-PMD (Single Mode Fiber PMD) – íèæíèé ïîäóðîâåíü ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ, ïðåäïîëàãàþùèé èñïîëüçîâàíèå ëàçåðíûõ ïåðåäàò÷èêîâ è îäíîìîäîâîãî îïòè÷åñêîãî âîëîêíà.
•
TP-PMD (Twisted Pair PMD). Ïîäêîìèòåòîì ANSI â 1994 ãîäó áûëà çàâåðøåíà ðàçðàáîòêà íîâîãî ñòàíäàðòà FDDI TP-PMD. Ýòîò ñòàíäàðò ïðåäóñìàòðèâàåò èñïîëüçîâàíèå íåýêðàíèðîâàííîé âèòîé ïàðû êàòåãîðèè 5 (UTP Cat.5) ñ ñîåäèíèòåëÿìè RJ-45 (CDDI èëè FDDI íà ìåäíîì êàáåëå ), à òàêæå ýêðàíèðîâàííîé âèòîé ïàðû (STP IBM Type 1) ñ ñîåäèíèòåëÿìè DB-9 (SDDI). Ìàêñèìàëüíîå ðàññòîÿíèå ïî ìåäíîìó êàáåëþ â îáîèõ ñëó÷àÿõ íå äîëæíî ïðåâîñõîäèòü 100 ìåòðîâ.
Òàáëèöà 6.2. Îñíîâíûå ñòàíäàðòû ANSI/ISO äëÿ FDDI [5] Ñòàíäàðò FDDI MMF-PMD PMD
Ñïåöèôèêàöèÿ ANSI / ISO ISO 9314-3:1990 / ANSI X3.166:1990
SMF-PMD
ANSI X3.184:1990
TP-PMD
ANSI X3T9.5 TBD:1994
PHY
ISO 9314-1:1989 / ANSI X3.148:1988
ÌÀÑ
ISO 9314-2:1989 /ANSI X3.139:1987
SMT
ANSI X3T9.5/84-49:1992, rev 7.3
6.3. Òèïû óñòðîéñòâ è ïîðòîâ Âñå óçëû ñåòè FDDI ìîæíî êëàññèôèöèðîâàòü ïî òðåì ïðèçíàêàì: ôóíêöèÿì îáðàáîòêè äàííûõ (êîíå÷íàÿ ñòàíöèÿ, êîíöåíòðàòîð); òèïó ïîäêëþ÷åíèÿ; êîëè÷åñòâó âñòðîåííûõ ÌÀÑóçëîâ [1, 6]. Ïî ôóíêöèÿì îáðàáîòêè äàííûõ âñå óñòðîéñòâà FDDI äåëÿòñÿ íà ñòàíöèè è êîíöåíòðàòîðû.  êà÷åñòâå ñòàíöèè ìîæåò âûñòóïàòü ðàáî÷àÿ ñòàíöèÿ èëè ôàéë-ñåðâåð ñ ñîîòâåòñòâóþùèì FDDI àäàïòåðîì. Êîíöåíòðàòîð – ýòî àêòèâíîå óñòðîéñòâî, êîòîðîå âûïîëíÿåò ôóíêöèþ îáúåäèíåíèÿ è ïîçâîëÿåò ïîäêëþ÷èòü ê ñåáå íåñêîëüêî ðàáî÷èõ ñòàíöèé èëè äðóãèõ êîíöåíòðàòîðîâ. Ïî òèïó ïîäêëþ÷åíèÿ ðàçëè÷àþò ñëåäóþùèå óñòðîéñòâà FDDI: •
DAS (dual attachment station) – ñòàíöèÿ äâîéíîãî ïîäêëþ÷åíèÿ. Ýòî óñòðîéñòâî èìååò äâà ïîðòà (êîòîðûå ïðèíÿòî îáîçíà÷àòü A è B) è ïðåäíàçíà÷åíî äëÿ íåïîñðåäñòâåííîãî ïîäêëþ÷åíèÿ â äâîéíîå êîëüöî FDDI è ïîäñîåäèíÿåòñÿ íà ïðèåì è íà ïåðåäà÷ó ê ïåðâè÷íîìó è âòîðè÷íîìó êîëüöó. Ðîëü DAS ìîæåò âûïîëíÿòü ðàáî÷àÿ ñòàíöèÿ èëè ôàéëñåðâåð ñ ñîîòâåòñòâóþùèì FDDI DAS àäàïòåðîì.
•
SAS (single attachment station) – ñòàíöèÿ îäèíî÷íîãî ïîäêëþ÷åíèÿ. Ýòî óñòðîéñòâî (ðàáî÷àÿ ñòàíöèÿ èëè ôàéë-ñåðâåð) èìååò îäèí ïîðò S è ìîæåò ïîäêëþ÷àòüñÿ â êîëüöî FDDI òîëüêî ÷åðåç FDDI-êîíöåíòðàòîð.
•
DAÑ (dual attachment concentrator) – êîíöåíòðàòîð äâîéíîãî ïîäêëþ÷åíèÿ. Ýòî óñòðîéñòâî èìååò äâà ïîðòà A è B, à òàêæå íåñêîëüêî ïîðòîâ M, è ïðåäíàçíà÷åíî äëÿ íåïîñðåäñòâåííîãî ïîäêëþ÷åíèÿ â äâîéíîå êîëüöî. Ê M-ïîðòàì ìîãóò ïîäêëþ÷àòüñÿ äðóãèå ñåòåâûå óñòðîéñòâà.
•
SAC (single attachment concentrator) – êîíöåíòðàòîð îäèíî÷íîãî ïîäêëþ÷åíèÿ. Ýòî óñòðîéñòâî èìååò îäèí ïîðò S è íåñêîëüêî ïîðòîâ M. SAC íå äîïóñêàåò íåïîñðåäñòâåííîãî ïîäêëþ÷åíèÿ ê äâîéíîìó êîëüöó.
•
NAC (null attachment concentrator) – êîíöåíòðàòîð íóëåâîãî ïîäêëþ÷åíèÿ. Ýòî óñòðîéñòâî èìååò òîëüêî M-ïîðòû. Ñîîòâåòñòâåííî îïðåäåëåíèÿ ÷åòûðåõ òèïîâ ïîðòîâ FDDI: A, B, M è S ïðèâîäÿòñÿ íèæå.
1
×àñòü ïðåæíèõ ñïåöèôèêàöèé, îòíîñÿùèõñÿ ê èíòåðôåéñó íà ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî, äàëåå áóäåì íàçûâàòü MMF-PMD.
120
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
•
Ïîðò À, âõîäÿùåå ïåðâè÷íîå, âûõîäÿùåå âòîðè÷íîå êîëüöî PI/SO (primary in/ secondary out) – ñîñòàâëÿåò íåîòúåìëåìóþ ÷àñòü ñòàíöèè ñ äâîéíûì ïîäêëþ÷åíèåì DAS èëè êîíöåíòðàòîðà ñ äâîéíûì ïîäêëþ÷åíèåì DAC è ïðèñóòñòâóåò, êàê ïðàâèëî, â åäèíè÷íîì ýêçåìïëÿðå. ×åðåç ýòîò ïîðò óñòðîéñòâî ñîåäèíÿåòñÿ ñ ïðèõîäÿùèì ïåðâè÷íûì êîëüöîì è óõîäÿùèì âòîðè÷íûì êîëüöîì äâîéíîãî êîëüöà FDDI.
•
Ïîðò B, âûõîäÿùåå ïåðâè÷íîå, âõîäÿùåå âòîðè÷íîå êîëüöî PO/SI (primary out/ secondary in) – ñîñòàâëÿåò íåîòúåìëåìóþ ÷àñòü DAS èëè DAC è ïðèñóòñòâóåò, êàê ïðàâèëî, â åäèíè÷íîì ýêçåìïëÿðå. ×åðåç ýòîò ïîðò óñòðîéñòâî ñîåäèíÿåòñÿ ñ óõîäÿùèì ïåðâè÷íûì êîëüöîì è ïðèõîäÿùèì âòîðè÷íûì êîëüöîì äâîéíîãî êîëüöà FDDI.
•
Ïîðò M – master, ïåðâè÷íîå âõîäÿùåå, ïåðâè÷íîå âûõîäÿùåå PI/PO (primary in/ primary out) – ñîñòàâëÿåò íåîòúåìëåìóþ ÷àñòü ëþáîãî FDDI êîíöåíòðàòîðà (NAC, DAC, SAC). Îáû÷íî áûâàåò íåñêîëüêî M-ïîðòîâ íà îäíîì êîíöåíòðàòîðå. ×åðåç ýòîò êîíöåíòðàòîð ïîðò ìîæåò ñîåäèíÿòü êîíöåíòðàòîð ñ DAS, DAC (î ïîñëåäíèõ ãîâîðÿò, ÷òî îíè ïîäêëþ÷àþòñÿ ïî ìåõàíèçìó Dual Homing ÷åðåç ñâîè ïîðòû A è B), à òàêæå ñî ñòàíöèåé îäèíî÷íîãî ïîäêëþ÷åíèÿ SAS èëè êîíöåíòðàòîðîì îäèíî÷íîãî ïîäêëþ÷åíèÿ SAC, ó êîòîðîãî èñïîëüçóåòñÿ åãî ïîðò S. Åñëè ñåòü FDDI îñíîâûâàåòñÿ íà äâîéíîì êîëüöå, òî ýòîò ïîðò â íîðìàëüíîì ðåæèìå ðàáîòû èñïîëüçóåò òîëüêî ïåðâè÷íîå êîëüöî.
•
Ïîðò S – slave, PI/PO – ïðèñóòñòâóåò ó SAS è SAC. ×åðåç ýòîò ïîðò SAS èëè SAC ñîåäèíÿåò c êîíöåíòðàòîðîì. Åñëè ñåòü îñíîâûâàåòñÿ íà äâîéíîì êîëüöå, òî ýòîò ïîðò â íîðìàëüíîì ðåæèìå ðàáîòû èñïîëüçóåò òîëüêî ïåðâè÷íîå êîëüöî.
Ïðàâèëà ïîäêëþ÷åíèÿ ïîðòîâ ìåæäó ñîáîé óêàçàíû â òàáë. 6.3. Ïîäðîáíûå êîììåíòàðèè ïî ïðàâèëàì ïîäêëþ÷åíèÿ ïîðòîâ A è B óñòðîéñòâ DAS è DAC ìåæäó ñîáîé è äðóãèìè ïîðòàìè äàíû â òàáë. 6.4, à ïî ïðàâèëàì ïîäêëþ÷åíèÿ ïîðòîâ S è M ìåæäó ñîáîé è ñ äðóãèìè ïîðòàìè – â òàáë. 6.5.
Òàáëèöà 6.3. Ïðàâèëà ïîäêëþ÷åíèÿ ïîðòîâ FDDI Ïîðòû äðóãèõ óñòðîéñòâ A
B
S
M
Ïîðòû
A
V, N
V
V, N
VP
äàííîãî
B
V
V, N
V, N
VP
óñòðîéñòâà
S
V, N
V, N
V
V
M
V
V
V
X
Îáîçíà÷åíèÿ: V – äîïóñòèìîå ñîåäèíåíèå X – íåäîïóñòèìîå ñîåäèíåíèå N – òðåáóåòñÿ óâåäîìëåíèå SMT VP – äîïóñòèìîå ñîåäèíåíèå, íî ìîæåò áûòü êàê àêòèâíûì, òàê è íåàêòèâíûì (íàïðèìåð, ïðè Dual Homing).
×èñëî âñòðîåííûõ MAC. Äëÿ òîãî, ÷òîáû èìåòü âîçìîæíîñòü ïåðåäàâàòü ñîáñòâåííûå äàííûå â êîëüöî èëè ïðèíèìàòü äàííûå (à íå ïðîñòî ðåòðàíñëèðîâàòü äàííûå äðóãèõ ñòàíöèé), ñòàíöèÿ äîëæíà èìåòü â ñâîåì ñîñòàâå õîòÿ áû îäèí MAC-óçåë, êîòîðûé èìååò ñâîé óíèêàëüíûé MAC-àäðåñ. Ñòàíöèè ìîãóò íå èìåòü íè îäíîãî óçëà MAC, è, çíà÷èò, ó÷àñòâîâàòü òîëüêî â ðåòðàíñëÿöèè ÷óæèõ êàäðîâ. Íî îáû÷íî âñå ñòàíöèè ñåòè FDDI, äàæå êîíöåíòðàòîðû, èìåþò õîòÿ áû îäèí MAC-óçåë. Êîíöåíòðàòîðû èñïîëüçóþò MAC-óçåë äëÿ çàõâàòà è ãåíåðàöèè ñëóæåáíûõ êàäðîâ, íàïðèìåð, êàäðîâ èíèöèàëèçàöèè êîëüöà, êàäðîâ ïîèñêà íåèñïðàâíîñòè â êîëüöå è ò.ï. Ñòàíöèè (èëè êîíöåíòðàòîðû), êîòîðûå èìåþò îäèí MAC-óçåë, íàçûâàþòñÿ SM (single MAC) ñòàíöèÿìè, à ñòàíöèè, êîòîðûå èìåþò äâà MAC-óçëà, íàçûâàþòñÿ DM (dual MAC) ñòàíöèÿìè. Áëàãîäàðÿ âòîðîìó MAC-óçëó, ñòàíöèÿ ìîæåò ðàáîòàòü â ïîëíîäóïëåêñíîì ðåæèìå. Åñëè âñå óñòðîéñòâà DAS è DAC äâîéíîãî êîëüöà èìåþò ïî äâà MAC-óçëà, òî âòîðè÷íîå êîëüöî ìîæåò òàêæå èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ ïåðåäà÷è äàííûõ. Îáùàÿ ïðîïóñêíàÿ ñïîñîáíîñòü óâåëè÷èâàåòñÿ äî 200 Ìáèò/ñ. Åñëè ïðîèñõîäèò ïîâðåæäåíèå êàáåëüíîé ñèñòåìû êîëüöà, òî ïðîèñõîäèò ñâåðòûâàíèå êîëåö è ñêîðîñòü ïàäàåò äî 100 Ìáèò/ñ – â ýòîé ñèòóàöèè îäèí MAC-óçåë íà êàæäîé ñòàíöèè áóäåò ïðîñòàèâàòü. Ïîæàëóé, ýòî îñíîâíàÿ ïðè÷èíà, ïî êîòîðîé Dual MAC óñòðîéñòâà ïîëó÷èëè ìåíüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
121
Òàáëèöà 6.4. Äåòàëè ïîäêëþ÷åíèÿ ïîðòîâ A è B (äëÿ DAS è DAC) Ïîðò-Ïîðò
Ïðàâèëà è äåéñòâèÿ
A-B è B-A
Ïðàâèëüíîå ñîåäèíåíèå. Ñòàòóñ ïîðòîâ áóäåò "peer" – òî÷êà-òî÷êà, à óñòðîéñòâî óñòàíàâëèâàåòñÿ â ðàáî÷óþ ìîäó THRU.
A-M è B-M
Ñîåäèíåíèå äîïóñêàåòñÿ, åñëè ñòàíöèÿ ìîæåò ïîääåðæèâàòü ìåõàíèçì DualHoming. Åñëè ôèçè÷åñêàÿ ñâÿçü ó îáîèõ ñîåäèíåíèé èñïðàâíà, òî íà ýòàïå íèçêîóðîâíåâîé ñèãíàëèçàöèè ñîåäèíåíèå A-M áóäåò àâòîìàòè÷åñêè îòêëþ÷åíî â ïîëüçó ñîåäèíåíèÿ B-M. Ñòàòóñ ïîðòîâ áóäåò "tree" – äåðåâî. Ìîäà THRU îòêëþ÷àåòñÿ.
A-S èëè B-S
Ñîåäèíåíèå âîçìîæíî, íî íå æåëàòåëüíî. Åñëè æå òàêîå ñîåäèíåíèå âîçíèêàåò, òî îíî ïðèâîäèò ê ñâåðòûâàíèþ êîëüöà (ìîäà WRAP). Ñòàòóñ ïîðòà óñòàíàâëèâàåòñÿ â ñîñòîÿíèå "peer".
A-A èëè B-B
Ñîåäèíåíèå âîçìîæíî, íî íå æåëàòåëüíî. Òàêîå ñîåäèíåíèå ïðèâîäèò ê ïåðåêðó÷èâàíèþ ïåðâè÷íîãî è âòîðè÷íîãî êîëåö. È õîòÿ ýòî íå ôàòàëüíî, ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ SMT îá ýòîì áóäåò èíôîðìèðîâàòü. Ñòàòóñ ïîðòà óñòàíàâëèâàåòñÿ â ñîñòîÿíèå "peer".
A-M è B-A
Ðåçóëüòàò òàêîãî ñîåäèíåíèÿ íå ðåãëàìåíòèðóåòñÿ ñòàíäàðòîì FDDI. Äîïóñòèìû äâà âàðèàíòà ïîâåäåíèÿ. Ïåðâûé – ñòàíöèÿ ïðèíèìàåò ñîåäèíåíèå B-A (ñîñòîÿíèå ïîðòà "peer") è íå ïðèíèìàåò ñîåäèíåíèå ñâîåãî ïîðòà A ñ M-ïîðòîì äðóãîãî óñòðîéñòâà. Òàêèì îáðàçîì, ýòà ñòàíöèÿ îñóùåñòâëÿåò ñâåðòûâàíèå êîëüöà (ìîäà WRAP) ÷åðåç ñâîé B-ïîðò. Äðóãîé âàðèàíò ïîâåäåíèÿ, êîãäà ñòàíöèÿ íå ïðèíèìàåò ñîåäèíåíèå B-A, à ïðèíèìàåò ñîåäèíåíèå A-M.  òàêîé ñèòóàöèè îíà ïîäîáíà ñòàíöèè, ïîäêëþ÷åííîé ïî Dual Homing, ðàáîòàþùåé íå â îñíîâíîì, à â ðåçåðâíîì âàðèàíòå. Ñòàòóñ ïîðòà A óñòàíàâëèâàåòñÿ â ñîñòîÿíèå "tree".
Òàáëèöà 6.5. Äåòàëè ïîäêëþ÷åíèÿ ïîðòîâ S è M Ïîðò-Ïîðò
Ïðàâèëà è äåéñòâèÿ
S-M è M-S
Ïðàâèëüíîå ñîåäèíåíèå ïðè ïîñòðîåíèè ñòðóêòóðû òèïà "äåðåâî". Ñòàòóñ ïîðòîâ óñòàíàâëèâàåòñÿ â ñîñòîÿíèå "tree".
S-S
Ïðàâèëüíîå ñîåäèíåíèå (õîòÿ è íå ïîçâîëÿåò äîáàâèòü íè îäíîãî äîïîëíèòåëüíîãî óñòðîéñòâà), ñîçäàþùåå îäèíî÷íîå êîëüöî äâóõ ñòàíöèé SAS. Ñòàòóñ ïîðòîâ áóäåò "peer".
M-M
Íåäîïóñòèìîå ñîåäèíåíèå, ñîçäàþùåå òîïîëîãèþ "äåðåâî êîëåö", êîòîðàÿ íå ðåàëèçóåòñÿ â ñòàíäàðòå FDDI. Òàêîå ñîåäèíåíèå îòâåðãàåòñÿ ñ îáîèõ ñòîðîí. Ñòàòóñû ïîðòîâ óñòàíàâëèâàþòñÿ â ñîñòîÿíèå "none".
S-A èëè S-B
Äîïóñòèìîå ñîåäèíåíèå, íî íå æåëàòåëüíîå, òàê êàê ñîçäàåò ñâåðíóòîå äâîéíîå êîëüöî (åñëè äðóãàÿ ñòàíöèÿ íàõîäèëàñü â äâîéíîì êîëüöå). Åñëè æå äðóãàÿ ñòàíöèÿ îñòàâøèìñÿ ïîðòîì (A èëè B) ïîäêëþ÷åíà ê M-ïîðòó (ò.å. ðåàëèçóåòñÿ ñòðóêòóðà äåðåâà), òî îò òîãî, êàê ðåàëèçîâàíà ïðîèçâîäèòåëåì (ýòîé äðóãîé ñòàíöèè) ïîëèòèêà âûáîðà àêòèâíîãî ñîåäèíåíèÿ, çàâèñèò, áóäåò ëè èñõîäíàÿ ñòàíöèÿ ïîäêëþ÷åíà â êîëüöî èëè íåò. Ïî ïðè÷èíå íåîïðåäåëåííîñòè òàêóþ êîíôèãóðàöèþ ëó÷øå íå äîïóñêàòü.
Íà ðèñ. 6.4 ïîêàçàíû íåêîòîðûå âîçìîæíûå âàðèàíòû ïîäêëþ÷åíèÿ ðàçëè÷íûõ ñåòåâûõ óñòðîéñòâ. "Áëóæäàþùèé" MAC. Êîãäà íîâàÿ ñòàíöèÿ âêëþ÷àåòñÿ â ñåòü FDDI, òî ñåòü íà âðåìÿ ïðèîñòàíàâëèâàåò ñâîþ ðàáîòó, ïðîõîäÿ ÷åðåç ïðîöåññ èíèöèàëèçàöèè êîëüöà, â òå÷åíèå êîòîðîãî ìåæäó âñåìè ñòàíöèÿìè ñîãëàñóþòñÿ îñíîâíûå ïàðàìåòðû êîëüöà, ñàìûì âàæíûì èç êîòîðûõ ÿâëÿåòñÿ íîìèíàëüíîå âðåìÿ îáîðîòà ìàðêåðà ïî êîëüöó TTRT. Åñëè êîëè÷åñòâî ñòàíöèé â ñåòè âåëèêî, òî ÷àñòàÿ ðåèíèöèàëèçàöèÿ êîëüöà, ñâÿçàííàÿ ñ îòêëþ÷åíèåì èëè äîáàâëåíèåì ñòàíöèé (ïðåèìóùåñòâåííî SAS, ïîäêëþ÷åííûõ ê M-ïîðòàì) ìîæåò ïðèâîäèòü ê ïîòåðå äàííûõ è çàäåðæêàì. Ïðîöåäóðû èíèöèàëèçàöèè â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ ìîæíî èçáåæàòü. Ïðèìåðîì òàêîãî ñëó÷àÿ ÿâëÿåòñÿ ïîäêëþ÷åíèå íîâîé ñòàíöèè SAS ê ïîðòó Ì êîíöåíòðàòîðà ñ òàê íàçûâàåìûì áëóæäàþùèì óçëîì MAC (roving MAC), êîòîðûé òàêæå íàçûâàþò ëîêàëüíûì 122
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
MAC-óçëîì. Íàëè÷èå áëóæäàþùåãî MAC-óçëà, íàðÿäó ñ îñíîâíûì MAC-óçëîì, ïîçâîëÿþò êîíöåíòðàòîðó äîáàâëÿòü è îòêëþ÷àòü ñòàíöèè íà M-ïîðòàõ áåç ïðåêðàùåíèÿ ðàáîòû äâîéíîãî êîëüöà [6]. Åñëè ê M-ïîðòó DAC, èìåþùåãî roving MAC, ïîäêëþ÷àåòñÿ äåéñòâóþùåå äåðåâî ÷åðåç ñâîé êîðåíü, íàïðèìåð, ïîðò S êîíöåíòðàòîðà SAC, òî îäèí ìàðêåð äîëæåí áûòü óíè÷òîæåí, ïîñêîëüêó îáðàçîâàëàñü îäíà åäèíàÿ ñåòü, âìåñòî äâóõ íåçàâèñèìûõ. Roving MAC èíîãäà (çàâèñèò îò ïðîèçâîäèòåëÿ è îò ïàðàìåòðîâ ïîäñåòåé) ñïîñîáåí âûïîëíèòü òàêóþ çàäà÷ó áåç ïîâòîðíîé èíèöèàëèçàöèè â êàæäîé èç ïîäñåòåé. Äëÿ ýòîãî óçåë roving MAC çàäåðæèâàåò îäèí èç ìàðêåðîâ äî ìîìåíòà ïðèõîäà âòîðîãî ìàðêåðà íà êîíöåíòðàòîð, ïîñëå ÷åãî âûïîëíÿåòñÿ ïðîöåäóðà îáúåäèíåíèÿ äâóõ ñåòåé â îäíî ëîãè÷åñêîå êîëüöî, è âûïóñêàåòñÿ â íåãî òîëüêî îäèí ìàðêåð. Ñòàíäàðòîì FDDI ñòðîãî íå ðåãëàìåíòèðîâàí ìåõàíèçì ðàáîòû áëóæäàþùåãî MAC. Ïîýòîìó ïîñëåäíèé íå ïîëó÷èë áîëüøîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ â FDDI êîíöåíòðàòîðàõ.
Òîïîëîãèè ñåòåé FDDI Åäèíñòâåííûì âèäîì ëîêàëüíîãî ñîåäèíåíèÿ â ñòàíäàðòå FDDI ÿâëÿåòñÿ ñîåäèíåíèå "òî÷êà-òî÷êà". Ñîåäèíåíèå "òî÷êà-òî÷êà" ïîçâîëÿåò ðàçíûì ó÷àñòêàì êîëüöà èìåòü ñâîè îñîáåííîñòè. Íàïðèìåð, îäèí ó÷àñòîê êîëüöà ìîæåò èñïîëüçîâàòü îäíîìîäîâîå âîëîêíî, äðóãîé – ìíîãîìîäîâîå, òðåòèé – âèòóþ ïàðó. Îïòè÷åñêîå âîëîêíî, ïëîõî àäàïòèðóåìîå â êà÷åñòâå èñïîëüçîâàíèÿ îáùåé øèíû, âûãîäíî ïîäõîäèò ïîä êîíôèãóðàöèþ "òî÷êà-òî÷êà". Íàðÿäó ñ ýòèì, ñåòü îáëàäàåò òàêæå îïðåäåëåííîé òîïîëîãèåé, îïðåäåëÿþùåé ñòðóêòóðó âñåé ñåòè êàê åäèíîãî öåëîãî. Ðàçëè÷àþò ëîãè÷åñêóþ è ôèçè÷åñêóþ òîïîëîãèþ. Ëîãè÷åñêàÿ òîïîëîãèÿ äàåò ïðåäñòàâëåíèå î ïóòè, ïî êîòîðîìó äâèãàþòñÿ äàííûå îò ñòàíöèè ê ñòàíöèè. Ôèçè÷åñêàÿ òîïîëîãèÿ ïîêàçûâàåò åñòåñòâåííîå ðàçìåùåíèå ñåòåâûõ óñòðîéñòâ (ñòàíöèé, êîíöåíòðàòîðîâ), à òàêæå êàáåëüíîé ñèñòåìû, ïîñðåäñòâîì êîòîðîé óñòàíàâëèâàåòñÿ ôèçè÷åñêàÿ ñâÿçü ìåæäó ñåòåâûìè óñòðîéñòâàìè. Åñëè ëîãè÷åñêàÿ òîïîëîãèÿ ñåòè FDDI âñåãäà åñòü êîëüöî, òî ôèçè÷åñêàÿ òîïîëîãèÿ ìîæåò áûòü ðàçíîîáðàçíîé. Íèæå ðàññìîòðåíû ïÿòü îñíîâíûõ âàðèàíòîâ ôèçè÷åñêîé òîïîëîãèè: òî÷êà-òî÷êà, äâîéíîå êîëüöî; îòäåëüíûé êîíöåíòðàòîð; äåðåâî êîíöåíòðàòîðîâ; äâîéíîå êîëüöî äåðåâüåâ; à òàêæå âîçìîæíîñòü äîïîëíèòåëüíîãî ïîâûøåíèÿ íàäåæíîñòè ðàáîòû ñòàíöèè ïðè ïîìîùè ìåõàíèçìà Dual Homing. Òî÷êà-òî÷êà, ðèñ. 6.4 à. Ýòî – ïðîñòåéøàÿ äîïóñòèìàÿ ôèçè÷åñêàÿ òîïîëîãèÿ, ïðè êîòîðîé ñâÿçûâàþòñÿ ìåæäó ñîáîé äâå ñòàíöèè FDDI òèïà SAS.  çàâèñèìîñòè îò òîãî, êàêîé èíòåðôåéñ ïîääåðæèâàþò ñåòåâûå àäàïòåðû, ñâÿçü ìîæåò áûòü êàê íà îñíîâå ÂÎÊ, òàê è âèòîé ïàðû. Äâîéíîå êîëüöî, ðèñ. 6.4 á. Äâîéíîå êîëüöî îáðàçóåòñÿ ñîåäèíåíèÿìè "òî÷êà-òî÷êà" ìåæäó ðàáî÷èìè ñòàíöèÿìè (DAS), ïðè÷åì êàæäîå òàêîå ñîåäèíåíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ ïî ïàðå îïòè÷åñêèõ âîëîêîí (èëè âèòîé ïàðîé), ïî êîòîðûì ñâåò ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ â ðàçíûõ íàïðàâëåíèÿõ, ðèñ. 6.4 à. Òîïîëîãèÿ äâîéíîãî êîëüöà óäîáíà è íàèáîëåå ÷àñòî ïðèìåíÿåòñÿ â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà èìååòñÿ íåáîëüøîå ÷èñëî ñòàíöèé ñ äâîéíûì ïîäêëþ÷åíèåì, êîòîðûå íóæíî ñâÿçàòü â åäèíóþ ñåòü. Íî òàê êàê êàæäàÿ ñòàíöèÿ â òàêîé òîïîëîãèè ñîñòàâëÿåò íåîòúåìëåìóþ ÷àñòü êîëüöà, èõ ôóíêöèîíèðîâàíèå ñòàíîâèòñÿ êðèòè÷íûì äëÿ ðàáîòû âñåé ñåòè. Óñòðàíåíèå èëè äîáàâëåíèå ñòàíöèé íåâîçìîæíî áåç ïîâòîðíîé èíèöèàëèçàöèè êîëüöà. Îòêëþ÷åíèå ïèòàíèÿ íà ñòàíöèè (îáðûâ â ñåãìåíòå êàáåëüíîé ñèñòåìû) ïðèâîäèò ê ðàçðóøåíèþ äâîéíîãî êîëüöà, õîòÿ ïîñëå ïðîöåññà ðåêîíôèãóðàöèè öåëîñòíîñòü ñåòè âîññòàíàâëèâàåòñÿ, ðèñ. 6.1 á. Ïðè ýòîì îáðàçóåòñÿ íîâîå ñâåðíóòîå ëîãè÷åñêîå êîëüöî, ïî êîòîðîìó öèðêóëèðóåò ìàðêåð. Ñ óâåëè÷åíèåì ÷èñëà íåèñïðàâíûõ ëèíèé ñâÿçè (÷èñëà âûêëþ÷åííûõ èëè íåèñïðàâíûõ ñòàíöèé) ñåòü ðàñïàäàåòñÿ íà îòäåëüíûå ñåãìåíòû.  êàæäîì ñåãìåíòå ïðîèñõîäèò íîðìàëüíîå ôóíêöèîíèðîâàíèå ñåòè, íî ñâÿçü ìåæäó ñåãìåíòàìè îòñóòñòâóåò. Èñïîëüçîâàíèå îïòè÷åñêèõ îáõîäíûõ ïåðåêëþ÷àòåëåé ïîçâîëÿåò ñîõðàíèòü öåëîñòíîñòü êîëüöà – â ñëó÷àå îòêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ DAS îïòè÷åñêèé îáõîäíîé ïåðåêëþ÷àòåëü ïîçâîëÿåò îáîéòè ýòó ñòàíöèþ è ñîõðàíèòü òîïîëîãèþ äâîéíîãî êîëüöà (ñì. ï. 6.4), ïðè÷åì ñîõðàíÿåòñÿ ïåðåäà÷à ìàðêåðà è äàííûõ òîëüêî ïî ïåðâè÷íîìó êîëüöó. Ïî ýòîé ïðè÷èíå äâîéíîå êîëüöî â ÷èñòîì âèäå èñïîëüçóåòñÿ òîãäà, êîãäà ðèñê ïîëüçîâàòåëåé, ñâÿçàííûé ñ âûõîäîì DAS ñòàíöèé èç ñòðîÿ, íåâåëèê. Òàêàÿ òîïîëîãèÿ âîçìîæíà â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà â ñåòü íóæíî îáúåäèíèòü íåáîëüøîå ÷èñëî ðàáî÷èõ ñòàíöèé è íåò íåîáõîäèìîñòè ïðèáåãàòü ê áîëåå äîðîãîñòîÿùåìó FDDI êîíöåíòðàòîðó.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
123
SAS
NAC
Первичное кольцо
MAC
Вторичное кольцо S
MAC
DAS PS IO
S
A MAC
DAS SP IO
PS IO
B
A
DAS
MAC
SP IO
PS IO
B
A
M
M
M
B
MAC
а)
M SP IO
MAC
б)
S
S
MAC
MAC
NAC
S
S
MAC
MAC
MAC
в) M
г)
M
M
S
S
MAC
MAC
M
Первичное кольцо
д)
Вторичное кольцо DAC
SAC S
PS I O
S
S P I O
PS I O
B
A
A MAC M
M
S
S
MAC
B
MAC M
M
M
SAC
MAC
SP I O
M
P S I O
SP IO
A
B
MAC M
M
M
M
M
DAS S
MAC
MAC
M
MAC
Резервный канал
ж) S
S
MAC
MAC
Станция с выключенным питанием
S
S
MAC
MAC
е) Обозначения: Первичное кольцо Вторичное кольцо Проверка наличия связи на физическом уровне
Ðèñ. 6.4. Âîçìîæíûå âàðèàíòû ïîäêëþ÷åíèÿ ðàçëè÷íûõ óñòðîéñòâ â ñåòè FDDI
Îòäåëüíûé êîíöåíòðàòîð, ðèñ. 6.4 â. Ïðè ýòîé òîïîëîãèè èñïîëüçóåòñÿ òîëüêî îäèí FDDI êîíöåíòðàòîð òèïà NAC, êîòîðûé íå ïîäêëþ÷àåòñÿ ê äâîéíîìó êîëüöó, è èìååò âíóòðåííþþ FDDI øèíó (backplane). Ê M-ïîðòàì êîíöåíòðàòîðà ìîãóò ïîäêëþ÷àòüñÿ êàê SAS, òàê è DAS ñòàíöèè. DAS ìîæåò áûòü ïîäêëþ÷åíà îäíèì èç ñâîèõ ïîðòîâ (A/B) ê îäíîìó èç M-ïîðòîâ êîíöåíòðàòîðà, èëè îáîèìè ïîðòàìè ê ëþáûì äâóì M-ïîðòàì êîíöåíòðàòîðà – â ïîñëåäíåì ñëó÷àå ðåàëèçóåòñÿ ìåõàíèçì ïîäêëþ÷åíèÿ Dual Homing. Äåðåâî êîíöåíòðàòîðîâ, ðèñ. 6.4 ã.  ýòîé òîïîëîãèè êîíöåíòðàòîðû ñâÿçûâàþòñÿ â èåðàðõè÷åñêóþ çâåçäíóþ òîïîëîãèþ ñ îäíèì êîíöåíòðàòîðîì (NAC) â êîðíå äåðåâà (ðèñ. 6.4 â). Îò êîðíåâîãî êîíöåíòðàòîðà èäóò ñâÿçè ê ñòàíöèÿì (SAS è DAS) è/èëè ê äðóãèì êîíöåíòðàòîðàì (SAC è DAC). Ýòà òîïîëîãèÿ ïðåäóñìàòðèâàåò áîëüøóþ ãèáêîñòü â îòíîøåíèè äîáàâëåíèÿ è óäàëåíèÿ FDDI ñòàíöèé è êîíöåíòðàòîðîâ è ïîçâîëÿåò èçìåíÿòü èõ ïîëîæåíèå áåç ðàçðûâà ñåòè FDDI. Ïðåèìóùåñòâà ýòîé òîïîëîãèè: − Óäîáíà, êîãäà íóæíî îáúåäèíèòü áîëüøîå êîëè÷åñòâî ñòàíöèé â ïðåäåëàõ îäíîãî çäàíèÿ èëè â ïðåäåëàõ îäíîãî ýòàæà çäàíèÿ; − Àäìèíèñòðàòîðó ñåòè ëåãêî êîíòðîëèðîâàòü ñåòåâûå óñòðîéñòâà êîíå÷íûõ ïîëüçîâàòåëåé è îãðàíè÷èâàòü èõ äîñòóï ê îïðåäåëåííûì ðåñóðñàì ñåòè, èñïîëüçóÿ ôóíêöèè êîíöåíòðàòîðà; − Ïðè âûõîäå èç ñòðîÿ è âûêëþ÷åíèè ñòàíöèè êîíöåíòðàòîð àâòîìàòè÷åñêè îòêëþ÷èò åå îò ñåòè. 124
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Äâîéíîå êîëüöî äåðåâüåâ, ðèñ. 6.4 ä.  ýòîé òîïîëîãèè ñåòü îáðàçîâàíà èåðàðõè÷åñêèìè äåðåâüÿìè, â êîðíÿõ êîòîðûõ íàõîäÿòñÿ êîíöåíòðàòîðû, íåïîñðåäñòâåííî ïîäêëþ÷åííûå ê äâîéíîìó êîëüöó (DAC).  êîëüöî ìîãóò áûòü òàêæå ïîäêëþ÷åíû ðàáî÷èå ñòàíöèè DAS. Ôèçè÷åñêîå êîëüöî îáðàçóåòñÿ ñîåäèíåíèÿìè "òî÷êà-òî÷êà" ìåæäó DAS è DAC. Êîðíåâûå êîíöåíòðàòîðû îáðàçóþò êîëüöåâóþ ìàãèñòðàëü FDDI è, òàêèì îáðàçîì, ÿâëÿþòñÿ êëþ÷åâûìè äëÿ ðàáîòû âñåé ñåòè. Ê ýòèì êîíöåíòðàòîðàì ìîãóò áûòü ïîäêëþ÷åíû äðóãèå êîíöåíòðàòîðû SAC èëè DAC, à òàêæå ñòàíöèè SAS èëè DAS, è ò.ä. Äâîéíîå êîëüöî äåðåâüåâ – ýòî íàèáîëåå óíèâåðñàëüíàÿ è ãèáêàÿ òîïîëîãèÿ, îõâàòûâàþùàÿ â ñåáå âñå ïðåèìóùåñòâà òåõíîëîãèè FDDI. Äâîéíîå êîëüöî äåðåâüåâ ïîçâîëÿåò ñîçäàòü îãðîìíóþ è ñëîæíóþ ñåòü, êîòîðàÿ áëàãîäàðÿ ðåçåðâíîìó êîëüöó áóäåò ñîõðàíÿòü öåëîñòíîñòü ïðè ïîâðåæäåíèè ëèíèè ñâÿçè êîëüöà èëè ïðè îòêëþ÷åíèè ñòàíöèè èëè êîíöåíòðàòîðà èç êîëüöà. Äîïîëíèòåëüíî äëÿ ïîâûøåíèÿ íàäåæíîñòè âîçìîæíî ïîäêëþ÷åíèå êîíöåíòðàòîðîâ èëè ñòàíöèé äâîéíîãî êîëüöà ÷åðåç îïòè÷åñêèé îáõîäíîé ïåðåêëþ÷àòåëü. Dual Homing, ðèñ. 6.4 å. Ïðàâèëà FDDI ïîçâîëÿþò ñîçäàâàòü òîïîëîãèþ ñ ïîâûøåííîé íàäåæíîñòüþ, ïðè êîòîðîé ñòàíöèÿ ñ äâîéíûì ïîäêëþ÷åíèåì DAS (èëè êîíöåíòðàòîð ñ äâîéíûì ïîäêëþ÷åíèåì DAC), íå âêëþ÷åííàÿ íåïîñðåäñòâåííî â äâîéíîå êîëüöî, ìîæåò îäíîâðåìåííî ïîäêëþ÷àòüñÿ ñâîèìè ïîðòàìè A è B ê M-ïîðòàì äðóãèõ êîíöåíòðàòîðîâ ñåòè FDDI. Ìåõàíèçì, îáåñïå÷èâàþùèé òàêóþ íàäåæíîñòü, íàçûâàåòñÿ Dual Homing.  íîðìàëüíîì ñîñòîÿíèè àêòèâèçèðóåòñÿ êàíàë ñâÿçè ïî ïîðòó B, ÷åðåç êîòîðûé DAS (DAC) óñòðîéñòâî îáúåäèíÿåòñÿ â ëîãè÷åñêîå êîëüöî ñåòè. Ïðè ýòîì êàíàë ñâÿçè îò ïîðòà A íàõîäèòñÿ â ñîñòîÿíèè îæèäàíèÿ, è ãîòîâ ñðàçó æå àâòîìàòè÷åñêè àêòèâèçèðîâàòüñÿ, åñëè ñåãìåíò îò ïîðòà B ïðåòåðïèò ðàçðûâ. Èçáûòî÷íàÿ òîïîëîãèÿ ïîëåçíà â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà åñòü ðèñê ïîâðåæäåíèÿ êàáåëüíîé ñèñòåìû, à ïîòðåáíîñòü â íåïðåðûâíîé ñâÿçè ñòàíöèè ñ ñåòüþ âåëèêà, íàïðèìåð, â áàíêàõ, â êðóïíûõ ôèíàíñîâûõ ó÷ðåæäåíèÿõ, íà îáúåêòàõ ïîâûøåííîãî òåõíîëîãè÷åñêîãî ðèñêà. Äðóãîå ïðåèìóùåñòâî – ýòî ïðîñòîòà óñòàíîâêè ñâÿçè ìåæäó ðàáî÷èìè ñòàíöèÿìè íà ìåæñåòåâîì óðîâíå.
6.4. Îïòè÷åñêèé îáõîäíîé ïåðåêëþ÷àòåëü Ïðè îòêëþ÷åíèè ïèòàíèÿ SAS ñòàíöèè ñîîòâåòñòâóþùèé M-ïîðò êîíöåíòðàòîðà, ê êîòîðîìó ñòàíöèÿ ïîäêëþ÷åíà, ñðàçó æå çàìåòèò ýòî ñðåäñòâàìè ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ. Äàëåå ïî êîìàíäå óðîâíÿ SMT êîíöåíòðàòîðà âûïîëíÿåòñÿ ýëåêòðîííûé îáõîä ýòîãî M-ïîðòà, â ðåçóëüòàòå ÷åãî âîññòàíàâëèâàåòñÿ ëîãè÷åñêîå êîëüöî, ðèñ. 6.4 æ. Çàìåòèì, ÷òî ñâåðòûâàíèÿ äâîéíîãî êîëüöà, ê êîòîðîìó ïîäêëþ÷åí êîíöåíòðàòîð, íå ïðîèñõîäèò. Åñëè æå îòêëþ÷èòü ïèòàíèå ó ñòàíöèè DAS èëè êîíöåíòðàòîðà DAC, òî ñåòü, õîòÿ è ïðîäîëæèò ðàáîòó, ñîõðàíèâ åäèíñòâî, ïåðåéäåò â ñîñòîÿíèå WRAP. Çàïàñ îòêàçîóñòîé÷èâîñòè áóäåò óòåðÿí, ÷òî íåæåëàòåëüíî. Òåïåðü ïðè îòêëþ÷åíèè åùå îäíîé ñòàíöèè êîëüöà áóäåò ïðîèñõîäèòü ñåãìåíòàöèÿ ñåòè, ðèñ. 6.5. Ïîýòîìó äëÿ óñòðîéñòâ ñ äâîéíûì ïîäêëþ÷åíèåì ðåêîìåíäóåòñÿ èñïîëüçîâàòü îïòè÷åñêèé îáõîäíîé ïåðåêëþ÷àòåëü OBS (optical bypass switch), êîòîðûé ïîçâîëÿåò çàìêíóòü âõîäíûå è âûõîäíûå îïòè÷åñêèå âîëîêíà è îáîéòè ñòàíöèþ (èëè êîíöåíòðàòîð) â ñëó÷àå åå (åãî) âûêëþ÷åíèÿ. Îïòè÷åñêèé îáõîäíîé ïåðåêëþ÷àòåëü ïèòàåòñÿ îò DAS (DAC) è ñîñòîèò â ïðîñòåéøåì ñëó÷àå èç îòðàæàþùèõ çåðêàë èëè ïîäâèæíîãî îïòîâîëîêíà. Ïðè îòêëþ÷åííîì ïèòàíèè òàêîé ïåðåêëþ÷àòåëü îñóùåñòâëÿåò ïåðåêîììóòàöèþ êàíàëîâ, â ðåçóëüòàòå ÷åãî îïòè÷åñêèé ñèãíàë îáõîäèò ñòàíöèþ, à ïðè âêëþ÷åíèè åå ïèòàíèÿ âíîâü ñîåäèíÿåò âõîäû ïîðòîâ À è  ñ âíóòðåííèìè ñõåìàìè PHY ñòàíöèè.
Первичное кольцо
Вторичное кольцо
Выключено питание
Двойное кольцо FDDI а)
Микросегментация сети б)
Ðèñ. 6.5. Ìèêðîñåãìåíòàöèÿ äâîéíîãî êîëüöà ïðè îòêëþ÷åíèè äâóõ ñòàíöèé ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
125
Ïîäêëþ÷åíèå ê ñåòè ÷åðåç OBS Îïòè÷åñêèé îáõîäíîé ïåðåêëþ÷àòåëü ñëóæèò äëÿ äîïîëíèòåëüíîãî ïîâûøåíèÿ íàäåæíîñòè è öåëîñòíîñòè äâîéíîãî êîëüöà FDDI. Ñåòåâûå ñòàíöèè èëè êîíöåíòðàòîðû ïîäêëþ÷àþòñÿ ê äâîéíîìó êîëüöó ÷åðåç OBS (ðèñ. 6.6).
Порт A Шнур питания К порту A
DAS/DAC OBS
Порт B
По два оптических волокна К порту B
Ðèñ. 6.6. Ñõåìà ïîäêëþ÷åíèÿ îïòè÷åñêîãî îáõîäíîãî ïåðåêëþ÷àòåëÿ (OBS)
Ïðèíöèï ðàáîòû îïòè÷åñêîãî ïåðåêëþ÷àòåëÿ ïîêàçàí íà ðèñ. 6.7.  ðàáî÷åì ñîñòîÿíèè îïòè÷åñêèé ïåðåêëþ÷àòåëü èìååò íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ 5 Â. Îí ïîëó÷àåò ïèòàíèå îò ñîîòâåòñòâóþùåé ðàáî÷åé ñòàíöèè (êîíöåíòðàòîðà) äâîéíîãî ïîäêëþ÷åíèÿ. Ïðè âûõîäå èç ñòðîÿ èëè ïðè îòêëþ÷åíèè ïèòàíèÿ ñòàíöèè, ïîäêëþ÷åííîé ê äâîéíîìó êîëüöó ÷åðåç OBS, ïðîèñõîäèò äâóõýòàïíûé ïðîöåññ ðåêîíôèãóðàöèè ñåòè: •
íà ïåðâîì ýòàïå îñóùåñòâëÿåòñÿ èñêëþ÷åíèå íåèñïðàâíîé ñòàíöèè èëè êîíöåíòðàòîðà èç êîëüöà (îïòè÷åñêèé ïåðåêëþ÷àòåëü ìåõàíè÷åñêè ïåðåõîäèò èç ðàáî÷åãî ñîñòîÿíèÿ (ðèñ. 6.7 à) â ñâîå íîðìàëüíîå (áàéïàñîâîå) ñîñòîÿíèå ñ âûêëþ÷åííûì ïèòàíèåì (ðèñ. 6.7 á), çàìûêàÿ äâîéíîå êîëüöî ÷åðåç ñåáÿ. Äëÿ îïòè÷åñêîãî ïåðåêëþ÷àòåëÿ ôèðìû AMP âðåìÿ ñðàáàòûâàíèÿ tmax < 10 ìñ [7];
•
íà âòîðîì ýòàïå âíîâü èíèöèàëèçèðóåòñÿ ìàðêåðíîå êîëüöî FDDI. Âðåìÿ ðåèíèöèàëèçàöèè ìîæåò âàðüèðîâàòüñÿ â ïðåäåëàõ îò 10 äî 150 ìñ â çàâèñèìîñòè îò ïðîòÿæåííîñòè ñåòè è êîëè÷åñòâà ñòàíöèé.
Èç-çà áîëüøèõ ïîòåðü íà èçëó÷åíèå, êîòîðûå âíîñèò îïòè÷åñêèé ïåðåêëþ÷àòåëü (ïðè èñïîëüçîâàíèè ìíîãîìîäîâîãî âîëîêíà ñ çàòóõàíèåì 1 äÁ/êì (äëèíà âîëíû 1300 íì) â çàâèñèìîñòè îò ïðîèçâîäèòåëÿ OBS – ñòàíäàðòîì FDDI PMD îïðåäåëåíî äîïóñòèìîå çíà÷åíèå âíîñèìîãî çàòóõàíèÿ íà OBS äî 2,5 äÁ), ÷èñëî ïîñëåäîâàòåëüíî ïîäêëþ÷åííûõ îïòè÷åñêèõ ïåðåêëþ÷àòåëåé îãðàíè÷åíî ÷åòûðüìÿ, äàæå åñëè äëèíû ñåãìåíòîâ ÂÎÊ íåáîëüøèå. Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî èç-çà áîëüøîãî ÷èñëà ïîñëåäîâàòåëüíûõ òî÷åê êîììóòàöèè â êàáåëüíîé ñèñòåìå ïîòåðè íàêàïëèâàþòñÿ (ðèñ. 6.7 â). Æåëàòåëüíî, ÷òîáû çàïàñ ïî ìîùíîñòè áûë íå ìåíüøå 2-3 äÁ, òàê êàê ñî âðåìåíåì, ïî ìåðå ýêñïëóàòàöèè, âíîñèìûå ïîòåðè â ñàìîì îïòè÷åñêîì âîëîêíå è íà ñóõèõ ñòûêàõ (â ìåñòàõ òåðìèíèðîâàíèÿ) ìîãóò âîçðàñòàòü. Äëÿ ïðèìåðà ïðèâåäåì ðàñ÷åò òèïîâîé êîíôèãóðàöèè c îäíèì OBS. Ïóñòü äàíî: ïîëíàÿ äëèíà ìíîãîìîäîâîãî ÂÎÊ – 2 êì, â íåêîòîðîé ïðîìåæóòî÷íîé òî÷êå ïîäêëþ÷åíà ñòàíöèÿ ÷åðåç OBS, ÷èñëî ðàçúåìíûõ ñîåäèíåíèé – 4 (íà îïòè÷åñêèõ ðàñïðåäåëèòåëüíûõ ïàíåëÿõ). Ñ ó÷åòîì òîãî, ÷òî áþäæåò ëèíèè (ïîëíîå ìàêñèìàëüíîå äîïóñòèìîå çàòóõàíèå â ëèíèè) â ñîîòâåòñòâèè ñî ñòàíäàðòîì ñîñòàâëÿåò 11 äÁ, ïîòåðè â ÂÎÊ – 1 äÁ/êì, à ïîòåðè íà êàæäîì ðàçúåìå – 0,3 äÁ, âû÷èñëèì çàïàñ:
126
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Òèïîâûå çíà÷åíèÿ çàòóõàíèÿ, äÁ
Ïîñëå äëèòåëüíîé ýêñïëóàòàöèè, äÁ
3,0
3,5
Çàòóõàíèå â êàáåëüíîé ñèñòåìå Ïîòåðè íà îïòè÷åñêèõ ñîåäèíèòåëÿõ
1,2
2,8
Ïîòåðè íà OBS (ïðîèçâîäñòâà AMP)
1,1
2,1
Âñåãî ïîòåðè
5,3
8,4
4,7 (11–5,3)
2,6 (11–8,4)
Çàïàñ
PI SO
SI PO
Переключатель первичного кольца
PI SO
Переключатель вторичного кольца
Переключатель первичного кольца
а)
Переключатель вторичного кольца
SRx PTx
PRx STx
B
DAC/DAS
Отключено питание
Bypass
Bypass
DAC/DAS
Работает
Normal
- места коммутации PRx (primary receive) - первичное на прием STx (secondary transmit) - вторичное на передачу PTx (primary transmit) - первичное на передачу SRx (secondary receive) - вторичное на прием
DAS/DAC
Normal
SRx PTx
Обозначения
Bypass
A
Питание
Питание
б)
PRx STx
в)
SI PO
DAC/DAS
DAC/DAS
DAC/DAS
Отключено питание
Отключено питание
Работает
Ðèñ. 6.7. Ïðèíöèï ðàáîòû îïòè÷åñêîãî ïåðåêëþ÷àòåëÿ: à) ðàáî÷åå ñîñòîÿíèå; á) áàéïàñîâîå ñîñòîÿíèå; â) íàêîïëåíèå îïòè÷åñêèõ ïîòåðü â ìåñòàõ êîììóòàöèè ïîñëåäîâàòåëüíûõ OBS ñ âûêëþ÷åííûì ïèòàíèåì
Óñòðîéñòâî OBS Ñóùåñòâóåò íåñêîëüêî ðàçëè÷íûõ òåõíîëîãèé ìåõàíî-îïòè÷åñêîãî ïåðåêëþ÷åíèÿ: ñ èñïîëüçîâàíèåì ïîâîðîòíûõ ïðèçì, ïîâîðîòíûõ çåðêàë èëè ïîäâèæíûõ âîëîêîí. Ïîñêîëüêó äèàìåòð âîëîêíà î÷åíü ìàë, íåîáõîäèìî èñïîëüçîâàòü ïðåöèçèîííûå ìåòîäû, ïîçâîëÿþùèå êîíòðîëèðîâàòü ïóòè ñâåòîâûõ ëó÷åé. Ðàññìîòðèì ìåõàíî-îïòè÷åñêîå ïåðåêëþ÷åíèå ñâåòîâûõ ïîòîêîâ ïîñðåäñòâîì ïîâîðîòíûõ çåðêàë. Äâà âîëîêíà ðàçìåùàþòñÿ òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû èõ òîðöåâûå ïîâåðõíîñòè áûëè
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
127
ðàâíîóäàëåíû îò öåíòðà êðèâèçíû ñôåðè÷åñêîãî çåðêàëà. Ñâåò, âûõîäÿ èç îäíîãî âîëîêíà, ïàäàåò íà çåðêàëî è îòðàæàåòñÿ, ïîïàäàÿ â äðóãîå âîëîêíî. Îòðàæåííûé ñâåòîâîé êîíóñ ÿâëÿåòñÿ êîïèåé ïàäàþùåãî êîíóñà áëàãîäàðÿ ñôåðè÷íîñòè çåðêàëà. À ïîñêîëüêó òî÷êà èçëó÷åíèÿ è òî÷êà ïðèåìà ðàâíîóäàëåíû îò öåíòà êðèâèçíû çåðêàëà, òî òàêóþ òåõíîëîãèþ íàçûâàþò îïòèêîé öåíòðî-ñèììåòðè÷íîãî îòðàæåíèÿ. Ýòà òåõíîëîãèÿ îáåñïå÷èâàåò î÷åíü âûñîêóþ ñòàáèëüíîñòü è ðàññ÷èòàíà íà ïîæèçíåííóþ ýêñïëóàòàöèþ (äî ìèëëèîíà öèêëîâ êîììóòàöèè). Âîëîêíà ïîìåùàþòñÿ â ïðåöèçèîííûå êðåïëåíèÿ âäîëü îäíîé ïëîñêîñòè (ðèñ. 6.8). Îñü âðàùåíèÿ ïîâîðîòíîãî ñôåðè÷åñêîãî çåðêàëà óñòàíàâëèâàåòñÿ ñòðîãî ïåðïåíäèêóëÿðíî ýòîé ïëîñêîñòè. Êîãäà çåðêàëî íàõîäèòñÿ â ïîëîæåíèè 1, âõîäÿùèé â OBS ñâåò îòðàæàåòñÿ â âîëîêíî, èäóùåå ê ñòàíöèè. Êîãäà çåðêàëî ðàçâîðà÷èâàåòñÿ â ïîëîæåíèå 2, âõîäÿùèé ñâåò îòðàæàåòñÿ â áàéïàñîâîå âîëîêíî.
1
Петля из волокна In Out Tx Rx
2 In Out Tx Rx
Рабочее состояние (подано напряжение)
Рабочее состояние (напряжения нет)
Обозначения:
In - входящий сигнал в OBS из кольца FDDI Out - выходящий сигнал из OBS в кольцо FDDI Tx - входящий сигнал в OBS от передатчика станции Rx - выходящий сигнал из OBS, далее идущий на приемник станции
Ðèñ. 6.8. Ñõåìà ðàáîòû OBS, èñïîëüçóþùåãî ïîâîðîòíîå çåðêàëî (ïî ìàòåðèàëàì ôèðìû AMP [7]) Íàðÿäó ñ ôèðìîé AMP ìíîãîìîäîâûå OBS ïðîèçâîäÿòñÿ ôèðìàìè DiCon [8], Molex [9], NetOptics [10]. Ïðîèçâîäñòâî îäíîìîäîâûõ ïåðåêëþ÷àòåëåé áîëåå ñëîæíîå. Èç-çà çíà÷èòåëüíî ìåíüøåãî äèàìåòðà ñåðäöåâèíû îäíîìîäîâîãî âîëîêíà î÷åíü òðóäíî äîñòè÷ü íåáîëüøèõ âíîñèìûõ ïîòåðü ïðè èçãîòîâëåíèè îäíîìîäîâûõ OBS. Ñëîæíîñòü èçãîòîâëåíèÿ ïðèâîäèò ê èõ âûñîêîé ñòîèìîñòè (â 3-4 ðàçà âûøå ïî ñðàâíåíèþ ñ ìíîãîìîäîâûìè OBS) è íåáîëüøîìó ÷èñëó ïðîèçâîäèòåëåé, ñðåäè êîòîðûõ ìîæíî îòìåòèòü NetOptics, ðèñ. 6.9. Ïðèâåäåì íåêîòîðûå õàðàêòåðèñòèêè îäíîìîäîâîãî OBS, ïðîèçâîäèìîãî ýòîé ôèðìîé: •
Ðàáî÷àÿ äëèíà âîëíû
1280-1650 íì
•
Âíîñèìûå ïîòåðè
1,3 äÁ (òèïîâûå) è 2,5 äÁ (ìàêñèìóì)
•
Íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ
+5 V (DC)
•
Âðåìÿ ñðàáàòûâàíèÿ
50 ìñ
•
Òåìïåðàòóðà îêðóæàþùåé ñðåäû îò 0° C äî + 50° C. Îáùèé âèä îäíîìîäîâîãî OBS ôèðìû NetOptics ïðèâåäåí íà ðèñ. 6.9.
Ðèñ. 6.9. Îáùèé âèä îäíîìîäîâîãî OBS äëÿ ñåòåé FDDI (ïî ìàòåðèàëàì ôèðìû NetOptics [10])
128
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
6.5. Êàáåëüíàÿ ñèñòåìà è óðîâåíü PMD Ðàçäåëåíèå ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ FDDI íà äâà ïîäóðîâíÿ PMD è PHY ãëàâíîé öåëüþ ñòàâèëî ñäåëàòü áîëåå ÿñíîé ñòðóêòóðó ñòàíäàðòà. Ýòî òàêæå ïîçâîëèëî ñòàíäàðòèçèðîâàòü ðàçëè÷íûå ôèçè÷åñêèå èíòåðôåéñû, ìîäèôèöèðóÿ íèæíèé ïîäóðîâåíü PMD è íå òðîãàÿ âåðõíèé ïîäóðîâåíü PHY (ðèñ. 6.3). Äàëåå ðàññìîòðåíû ñòàíäàðòû óðîâíÿ PMD ïðèìåíèòåëüíî ê òðåì ðàçëè÷íûì ôèçè÷åñêèì èíòåðôåéñàì: íà ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî, íà îäíîìîäîâîå âîëîêíî, è íà âèòóþ ïàðó.
Ñòàíäàðòû MMF-PMD, SMF-PMD è TP-PMD Äàííûå, ïðåæäå ÷åì ïåðåäàâàòüñÿ îò îäíîé ñòàíöèè ê äðóãîé, äîëæíû ïðåîáðàçîâûâàòüñÿ â îïðåäåëåííûå áèòîâûå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè, êîòîðûå çàòåì ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ ïî êàáåëüíîé ñèñòåìå. Ñòàíäàðò óðîâíÿ PMD (äàëåå ïðîñòî ñòàíäàðò PMD) îõâàòûâàåò òå îáëàñòè, êîòîðûå íåïîñðåäñòâåííî ñâÿçàíû ñ ôèçè÷åñêîé ïåðåäà÷åé äàííûõ: îïòè÷åñêóþ è ýëåêòðè÷åñêóþ ïåðåäà÷ó è ïðèåì äàííûõ, òåõíè÷åñêèå òðåáîâàíèÿ ê âîëîêîííî-îïòè÷åñêîìó è ìåäíîìó êàáåëþ, îïòè÷åñêèå ñîåäèíèòåëè, îïòè÷åñêèå ïåðåêëþ÷àòåëè. Ñðàâíèòåëüíûå õàðàêòåðèñòèêè òðåõ îñíîâíûõ ñòàíäàðòîâ PMD ïðèâåäåíû â òàáë. 6.6. FDDI ñòàíäàðòû MMF-PMD è SMF-PMD óñòàíàâëèâàþò îñíîâíûå îïòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè âîëîêîííî-îïòè÷åñêîé êàáåëüíîé ñèñòåìû, ñðåäè êîòîðûõ: äëèíà âîëíû îïòè÷åñêîãî ïåðåäàò÷èêà, òèï êàáåëÿ (îïòè÷åñêîå âîëîêíî), çàòóõàíèå (âåëè÷èíà ýíåðãåòè÷åñêèõ ïîòåðü) â êàáåëå è äðóãèå, òàáë. 6.6.  êà÷åñòâå áàçîâîé êàáåëüíîé ñèñòåìû â ñòàíäàðòå FDDI ïðèíÿò âîëîêîííî-îïòè÷åñêèé êàáåëü íà îñíîâå ãðàäèåíòíîãî ìíîãîìîäîâîãî îïòè÷åñêîãî âîëîêíà ñ äèàìåòðîì 62,5/125 ìêì. Äîïóñêàåòñÿ âîëîêíî ñ äèàìåòðîì 50/125 ìêì. Ñòóïåí÷àòîå ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî èççà åãî íèçêîé ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ íå óäîâëåòâîðÿåò òðåáîâàíèÿì ñòàíäàðòà PMD. Äëèíà âîëíû èçëó÷åíèÿ 1300 íì. Ìèíèìàëüíîå äîïóñòèìîå çíà÷åíèå ìîùíîñòè îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà íà âõîäå ñòàíöèè â ñòàíäàðòå PMD ñîñòàâëÿåò –31 äÁì.  ýòîì ñëó÷àå âåðîÿòíîñòü îøèáêè íà îäèí áèò ïðè ðåòðàíñëÿöèè íå áóäåò ïðåâûøàòü 2,5.10–10. Ïðè óâåëè÷åíèè ìîùíîñòè âõîäíîãî ñèãíàëà íà 2 äÁ, ýòà âåðîÿòíîñòü ñíèæàåòñÿ äî 10–12. Íèæå ïåðå÷èñëåíû îñíîâíûå òðåáîâàíèÿ ñî ñòîðîíû ñòàíäàðòà FDDI PMD ê îïòè÷åñêèì ïðèåìîïåðåäàò÷èêàì: •
Ìàêñèìàëüíàÿ ìîùíîñòü ïåðåäàò÷èêà
–14 äÁì;
•
Ìèíèìàëüíàÿ ìîùíîñòü ïåðåäàò÷èêà
–20 äÁì;
•
Ìàêñèìàëüíàÿ ïðèíèìàåìàÿ ìîùíîñòü
–14 äÁì;
•
Ìèíèìàëüíàÿ ïðèíèìàåìàÿ ìîùíîñòü
–31 äÁì;
•
Ìàêñèìàëüíûå ïîòåðè ìåæäó ñòàíöèÿìè
•
Ìàêñèìàëüíûå ïîòåðè íà êì êàáåëÿ
11 äÁ; 2,5 äÁ.
Ãëàâíûì òðåáîâàíèåì ñïåöèôèêàöèè SMF-PMD ïî ìîùíîñòè ÿâëÿåòñÿ òàêîå æå çíà÷åíèå, êàê è â MMF-PMD, ìèíèìàëüíîé äîïóñòèìîé ìîùíîñòè îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà íà âõîäå ñòàíöèè (–31 äÁì). Ýòî ñâÿçàíî ñ èäåíòè÷íîñòüþ îïòè÷åñêèõ ïðèåìíèêîâ ïðè MMF-PMD è SMF-PMD, ðàññ÷èòàííûõ íà ðàáîòó â îêíå 1300 íì. Ñòàíäàðò íà âèòóþ ïàðó TP-PMD ïðåäóñìàòðèâàåò èñïîëüçîâàíèå âèòîé ïàðû íà ìåäíîì êàáåëå, êàê àëüòåðíàòèâû îïòè÷åñêîìó âîëîêíó. Ïðè÷èíîé ðàçðàáîòêè ýòîãî ñòàíäàðòà áûëî ñòðåìëåíèå ñîçäàòü ìåíåå äîðîãîñòîÿùåå îáîðóäîâàíèå è óïðîñòèòü ïðîöåäóðó èíñòàëëÿöèè ñåòè. Ñòàíäàðò TP-PMD îñíîâàí íà èñïîëüçîâàíèè êàê ýêðàíèðîâàííîé âèòîé ïàðû STP – òèï 1 èëè 2 (äâå ïàðû), òàê è íåýêðàíèðîâàííîé âèòîé ïàðû UTP – êàòåãîðèè 5 (4 ïàðû). Ñóùåñòâóåò íåñêîëüêî êàòåãîðèé íåýêðàíèðîâàííîé âèòîé ïàðû, ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ ïåðåäà÷è ãîëîñà è äàííûõ. Ñòàíäàðòèçàöèÿ òàêîé ïðîäóêöèè îñóùåñòâëÿåòñÿ äâóìÿ êðóïíûìè îðãàíèçàöèÿìè EIA/TIA, UL è NEMA. Êàòåãîðèè 1 è 2 îáû÷íî èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ïåðåäà÷è ãîëîñà èëè íèçêîñêîðîñòíîé ïåðåäà÷è äàííûõ, íàïðèìåð, ñòàíäàðòíûé ïîðò RS232.  ëîêàëüíûõ ñåòÿõ èñïîëüçóþòñÿ ñëåäóþùèå òðè êàòåãîðèè íåýêðàíèðîâàííûõ âèòûõ ïàð (â íàñòîÿùåå âðåìÿ ïðåèìóùåñòâåííî âûïóñêàþòñÿ íåýêðàíèðîâàííûå âèòûå ïàðû êàòåãîðèè 5): •
Êàòåãîðèÿ 3: îõâàòûâàÿ ïîëîñó 10 Ìáèò/c (äîïóñòèìàÿ äëèíà ñåãìåíòà 100 ì), èñïîëüçóåòñÿ â ñåòÿõ Ethernet (10 Ìáèò/ñ);
•
Êàòåãîðèÿ 4: îõâàòûâàÿ ïîëîñó 16 Ìáèò/c (äîïóñòèìàÿ äëèíà ñåãìåíòà 100 ì), èñïîëüçóåòñÿ â ñåòÿõ Token Ring 16 Ìáèò/ñ, Ethernet;
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
129
•
Êàòåãîðèÿ 5: îõâàòûâàÿ ïîëîñó 155 Ìáèò/c (äîïóñòèìàÿ äëèíà ñåãìåíòà 100 ì), èñïîëüçóåòñÿ â ñåòÿõ ATM (155 Ìáèò/ñ), FDDI, à òàêæå ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ â ìåíåå ñêîðîñòíûõ ñåòÿõ Token Ring, Ethernet.
Ôóíêöèÿ ðåãèñòðàöèè ñèãíàëà óðîâíÿ PMD Âî âñåõ êàáåëüíûõ ñèñòåìàõ, ïðèíÿòûõ â FDDI, ïðåäóñìîòðåíà ñïåöèàëüíàÿ ôóíêöèÿ, ïðè ïîìîùè êîòîðîé êîíòðîëèðóåòñÿ êà÷åñòâî èëè öåëîñòíîñòü ëèíèé ñâÿçè ìåæäó ñîñåäíèìè ðàáî÷èìè ñòàíöèÿìè. Îíà íàçûâàåòñÿ ôóíêöèåé ðåãèñòðàöèè ñèãíàëà (signal detect). Ïðè èñïîëüçîâàíèè îïòè÷åñêîãî êàíàëà ñâÿçè íà îñíîâå ýòîé ôóíêöèè îñóùåñòâëÿåòñÿ ïîñòîÿííûé ìîíèòîðèíã çíà÷åíèé ìîùíîñòè ñèãíàëà íà âõîäå PMD. Ñïåöèôèêàöèÿ PMD òðåáóåò îò ýòîãî óðîâíÿ âûïîëíåíèÿ ôóíêöèè Signal_Detect ïî îïðåäåëåíèþ ôàêòà íàëè÷èÿ îïòè÷åñêèõ ñèãíàëîâ íà âõîäå ôèçè÷åñêîãî ñîåäèíåíèÿ ñòàíöèè. Ýòîò ñèãíàë ïåðåäàåòñÿ íà óðîâåíü PHY, ãäå èñïîëüçóåòñÿ ôóíêöèåé îïðåäåëåíèÿ ñòàòóñà ëèíèè Line State Detect (ðèñ. 6.10) [6]. Ïðè èñïîëüçîâàíèè îïòè÷åñêîé ñðåäû ñâÿçè óðîâåíü PMD ãåíåðèðóåò äëÿ PHY ïðèçíàê ïðèñóòñòâèÿ îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà Signal_Detect, åñëè ìîùíîñòü âõîäíîãî îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà ïðåâûøàåò –43,5 äÁì, à ñíèìàåò åãî ïðè óìåíüøåíèè ýòîé ìîùíîñòè äî –45 äÁì è íèæå. Òàêèì îáðàçîì, èìååòñÿ ãèñòåðåçèñ â 1,5 äÁì äëÿ ïðåäîòâðàùåíèÿ ÷àñòûõ èçìåíåíèé ñòàòóñà ëèíèè ïðè êîëåáàíèè âõîäíîé ìîùíîñòè ñèãíàëà îêîëî –45 äÁì. Ïðè èñïîëüçîâàíèè âèòîé ïàðû âìåñòî ïðîâåðêè ìîùíîñòè âõîäíîãî ñèãíàëà îáû÷íî èñïîëüçóåòñÿ äðóãîé, áîëåå ïðîñòîé ñïîñîá, êîòîðûé îñíîâûâàåòñÿ íà êîíòðîëå öåëîñòíîñòè ìåäíûõ ïàð. Àïïàðàòíî çàìûêàþòñÿ âèòûå ïàðû ïðèåìíèêà è ïåðåäàò÷èêà íà óäàëåííîì êîíöå, ÷òî äàåò âîçìîæíîñòü ìåðèòü âåëè÷èíó ïîñòîÿííîãî òîêà ïðè ïîäà÷å íà òàêóþ ïåòëþ ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ. Ïðè íàëè÷èè ïîñòîÿííîãî òîêà îïðåäåëåííîé âåëè÷èíû, ÷òî ñâèäåòåëüñòâóåò î öåëîñòíîñòè ìåäíûõ âèòûõ ïàð, óðîâåíü PMD îïîâåùàåò PHY êîìàíäîé ðåãèñòðàöèè ñèãíàëà Signal_Detect [1].
Òàáëèöà 6.6. Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè ñòàíäàðòîâ MMF-PMD, SMF-PMD è TP-PMD ïîäóðîâíÿ PMD PMD MMF-PMD
SMF-PMD
TP-PMD
îïòè÷åñêîå âîëîêíî, ìíîãîìîäîâîå, ãðàäèåíòíîå, 62,5/125, 50/125
îïòè÷åñêîå âîëîêíî, îäíîìîäîâîå, 8/125 – 12/125
ýêðàíèðîíåýêðàíèâàííàÿ âèòàÿ ðîâàííàÿ ïàðà STP âèòàÿ ïàðà IBM Type 1/2 UTP êàò. 5
MIC mm Duplex SC mm 2 x ST mm
MIC sm Duplex SC sm 2 x ST sm
DB-9
RG-45
Ðàññòîÿíèå ìåæäó ñòàíöèÿìè, êì *
äî 2
äî 20 (50)
äî 0,1
äî 0,1
Äëèíà âîëíû èçëó÷åíèÿ, íì
1300
1300 (1550)
–
Îïòè÷åñêàÿ èçëó÷àòåëüíàÿ ñèñòåìà
Ñâåòîèçëó÷àþùèé äèîä
Ëàçåðíûé äèîä
–
Äîïóñòèìîå çàòóõàíèå â êàáåëüíîé ñèñòåìå, äÁ
íå áîëüøå, ÷åì 11
íå áîëüøå, ÷åì 36, íå ìåíüøå, ÷åì 10**
–
èñïîëüçóåòñÿ
èñïîëüçóåòñÿ
–
Òèï êàáåëÿ
Òèï ñîåäèíèòåëÿ
Îïòè÷åñêèé îáõîäíîé ïåðåêëþ÷àòåëü
* Äîïóñòèìîå ðàññòîÿíèå ìåæäó ñòàíöèÿìè – âåëè÷èíà â íåêîòîðîì ñìûñëå óñëîâíàÿ. Ãëàâíûì ôàêòîðîì ÿâëÿåòñÿ âíîñèìîå çàòóõàíèå â êàáåëüíîé ñèñòåìå. Îíî ìîæåò áûòü ñóùåñòâåííî óìåíüøåíî, åñëè èñïîëüçîâàòü îïòè÷åñêîå âîëîêíî ñ ëó÷øèìè îïòè÷åñêèìè õàðàêòåðèñòèêàìè è ñòðåìèòüñÿ äåëàòü ìåíüøåå ÷èñëî ïàññèâíûõ ñóõèõ ñîåäèíèòåëüíûõ ñòûêîâ, â êîòîðûõ èìååò ìåñòî çíà÷èòåëüíîå çàòóõàíèå 0,5-0,7äÁ/ñòûê, à òàêæå ïðîèçâîäÿ âûñîêîêà÷åñòâåííóþ ñâàðêó âîëîêîí, ÷òî îñîáåííî âàæíî â ñëó÷àå îäíîìîäîâîãî âîëîêíà. Äëÿ íîðìàëüíîé ðàáîòû ñåòè FDDI ïîëíîå çàòóõàíèå â êàáåëüíîé ñèñòåìå íå äîëæíî ïðåâûøàòü äîïóñòèìîãî ïî áþäæåòó. Îòìåòèì, ÷òî îáîðóäîâàíèå FDDI ðÿäà ôèðì-ïðîèçâîäèòåëåé, â ÷àñòíîñòè NBase-Fibronics, èìååò áîëåå âûñîêèå õàðàêòåðèñòèêè, íåæåëè óñòàíîâëåííûå ñòàíäàðòîì PMD. ** Îãðàíè÷åíèå ñíèçó äëÿ îäíîìîäîâîãî âîëîêíà âûçâàíî íåâîçìîæíîñòüþ ðàçëè÷èòü áèòîâûé íîëü â ïðèíèìàåìîì ñèãíàëå îò åäèíèöû.  òîì ñëó÷àå, åñëè ðàññòîÿíèå íå äîñòàòî÷íî âåëèêî, ÷òîáû îáåñïå÷èòü òðåáóåìîå çàòóõàíèå â 10 äÁ, ñëåäóåò èñïîëüçîâàòü ñïåöèàëüíûå àòòåíþàòîðû, èëè àòòåíþàòîðíûå MIC-ñîåäèíèòåëè.
130
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Физический уровень
PHY Передача
Статус линии
Прием
Signal_Detect
Вход
PMD Выход
Ðèñ. 6.10. Ôóíêöèÿ îïðåäåëåíèÿ ñèãíàëà íà âõîäå PMD
Îïòè÷åñêèå ñîåäèíèòåëè Ñòàíäàðòû ANSI îïðåäåëÿþò ïàññèâíîå îáîðóäîâàíèå FDDI äëÿ óñòàíîâëåíèÿ ôèçè÷åñêîé ñâÿçè ñòàíöèé ïî îïòèêî-âîëîêîííîé êàáåëüíîé ñèñòåìå. Òàêîâûì ÿâëÿåòñÿ ñîåäèíèòåëü MIC, êîòîðûé èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ñîåäèíåíèÿ âîëîêîííî-îïòè÷åñêîãî êàáåëÿ ñ FDDI ñòàíöèåé (ðèñ. 6.11). Ñòàíöèÿ, â ñâîþ î÷åðåäü, äîëæíà áûòü ñíàáæåíà ñîîòâåòñòâóþùåé ñòàíäàðòíîé ðîçåòêîé. Ñîåäèíèòåëü MIC èìååò ïîëÿðíóþ ñòðóêòóðó, ÷òî ãàðàíòèðóåò ïðàâèëüíîå ïîäêëþ÷åíèå îïòè÷åñêèõ âîëîêîí íà ïðèåì è ïåðåäà÷ó. Êðîìå ýòîãî, îí ñíàáæåí êëþ÷îì, êîòîðûé ïðåäîòâðàùàåò îò íåïðàâèëüíîãî ïîäêëþ÷åíèÿ ê ñîîòâåòñòâóþùåìó ïîðòó. Âîçìîæíûå ìåõàíè÷åñêèå êëþ÷è MIC ñîåäèíèòåëåé è ðîçåòîê, îïðåäåëåííûå ñòàíäàðòîì PMD, ïîêàçàíû íà ðèñ. 6.12. Подключение коннекторов Вставляется только разъем типа A
Ключи соединителя A
A
Вставляется только разъем типа B
Ðèñ. 6.11. Ñîåäèíèòåëü MIC
Ключи розетки (для портов A,B,S,M)
B B
Вставляется только разъем типа S
S
Вставляется во все типа разъемов
M
S
M
Ðèñ. 6.12. Îáîçíà÷åíèÿ ìåõàíè÷åñêèõ êëþ÷åé ñîåäèíèòåëåé MIC è ñîîòâåòñòâóþùèõ ðîçåòîê ðàçúåìîâ ïîðòîâ
FDDI óñòðîéñòâà òàêæå ìîãóò èñïîëüçîâàòü îïòè÷åñêèå ðàçúåìû ST, FC (ïðåèìóùåñòâåííî ïîä îäíîìîäîâîå âîëîêíî, ñòàíäàðò SMF-PMD) è ïîëÿðíûé ðàçúåì Duplex SC (êàê ïîä ìíîãîìîäîâîå, òàê è ïîä îäíîìîäîâîå âîëîêíî, PMD è SMF-PMD). Íàèáîëüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîñëå ñòàíäàðòà MIC ïîëó÷èë ñòàíäàðò Duplex SC. Âî ïåðâûõ, Duplex SC ïðèíÿò â êà÷åñòâå îñíîâíîãî ñòàíäàðòà òåëåêîììóíèêàöèîííûìè îðãàíèçàöèÿìè ìíîãèõ ñòðàí. Âî âòîðûõ, ïðè ìåíüøåé ñòîèìîñòè îí áîëåå êîìïàêòåí è èìååò î÷åíü áëèçêèå òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè. Ê íåçíà÷èòåëüíîìó ìèíóñó ðàçúåìà Duplex SC ìîæíî îòíåñòè îòñóòñòâèå êëþ÷åé, õîòÿ ñëîæíûå ôèçè÷åñêèå òîïîëîãèè, ïðèâîäÿùèå ê ïóòàíèöå, âñòðå÷àþòñÿ î÷åíü ðåäêî. Íà ïðàêòèêå ñåòü FDDI èìååò ñìåøàííóþ êàáåëüíóþ ñèñòåìó, ïðèìåð êîòîðîé ïðèâåäåí íà ðèñ. 6.13. Äëÿ ñâÿçè ìåæäó çäàíèÿìè (óäàëåííûìè óçëàìè) èñïîëüçóåòñÿ ìàãèñòðàëüíûé ìíîãîìîäîâûé èëè îäíîìîäîâûé êàáåëü. Âåðòèêàëüíàÿ êàáåëüíàÿ ñèñòåìà â ïðåäåëàõ çäàíèÿ
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
131
ñòðîèòñÿ íà îñíîâå ìíîãîìîäîâîãî ñòàíöèîííîãî êàáåëÿ. Ãîðèçîíòàëüíàÿ ðàçâîäêà ïî ýòàæàì îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðè ïîìîùè îïòè÷åñêèõ ñîåäèíèòåëüíûõ øíóðîâ (îêîíöîâàííîãî ìèíèêàáåëÿ) èëè âèòîé ïàðû. Çàìåòèì, ÷òî ñàìà êàáåëüíàÿ ñèñòåìà ÿâëÿåòñÿ óíèâåðñàëüíîé è ìîæåò â ðàâíîé ñòåïåíè ïîäõîäèòü ïîä èñïîëüçîâàíèå äðóãîãî ñåòåâîãî îáîðóäîâàíèÿ, íàïðèìåð Fast Ethernet èëè ATM, èëè ñìåøàííûõ ðåøåíèé.
Оптические распределительные панели
Оптические шнуры
К рабочим станциям витая пара или волокно
S SAC Этаж 4
S SAC Этаж 3
Станционные многомодовые кабели
S SAC Этаж 2 mm
Магистральные одномодовые кабели К порту A
sm К порту B
M M M DAC B A
Этаж 1 FDDI концентраторы или коммутаторы
Двойное кольцо FDDI
Ðèñ. 6.13. Êàáåëüíàÿ ñèñòåìà ó÷àñòêà ñåòè FDDI
Ñðàâíåíèÿ îïòè÷åñêîãî âîëîêíà è âèòîé ïàðû Íàëè÷èå êàáåëüíûõ ñèñòåì òðåõ ñòàíäàðòîâ (MMF-PMD, SMF-PMD è TP-PMD) ïðåäîñòàâëÿåò ïîëüçîâàòåëþ âûáîð â çàâèñèìîñòè îò êîíêðåòíîé ñèòóàöèè. Ïðèâåäåì ñðàâíèòåëüíûé àíàëèç îïòè÷åñêîãî âîëîêíà è âèòîé ïàðû. Ãëàâíûå ïðåèìóùåñòâà ôóíêöèîíèðîâàíèÿ ñåòè ñ èñïîëüçîâàíèåì âîëîêîííî-îïòè÷åñêîãî êàáåëÿ ñëåäóþùèå: áîëüøèå ðàññòîÿíèÿ ìåæäó ñòàíöèÿìè (ïóíêòàìè ðåòðàíñëÿöèè); âûñîêàÿ ïîìåõîçàùèùåííîñòü; îòñóòñòâèå èçëó÷àåìûõ ïîìåõ; âûñîêàÿ ñòåïåíü çàùèùåííîñòè îò íåñàíêöèîíèðîâàííîãî äîñòóïà; ãàëüâàíè÷åñêàÿ ðàçâÿçêà ýëåìåíòîâ ñåòè; âçðûâî- è ïîæàðîáåçîïàñíîñòü. Áîëåå ïîäðîáíî ïåðå÷èñëåííûå ñâîéñòâà îïèñàíû â ïåðâîé ãëàâå. Ïðè÷èíû, ïî êîòîðûì çàêàç÷èê ìîæåò ïðåäïî÷åñòü ìåäíûé êàáåëü âîëîêîííîîïòè÷åñêîìó, ñëåäóþùèå: íèçêàÿ ñòîèìîñòü âîññòàíîâëåíèÿ îáðûâîâ; óäîáñòâî èñïîëüçîâàíèÿ â íåáîëüøèõ ðàáî÷èõ ãðóïïàõ. Íèçêàÿ ñòîèìîñòü ïîäêëþ÷åíèÿ ê ðàáî÷åé ñòàíöèè. Âèòûå ïàðû STP IBM Type 1 è UTP cat. 5 ìîãóò ñóùåñòâåííî óìåíüøèòü çàòðàòû íà ñåòåâîå îáîðóäîâàíèå, òàê êàê îíè íå òðåáóþò óñòàíîâêè äîðîãîñòîÿùèõ îïòè÷åñêèõ ïðèåìîïåðåäàò÷èêîâ è ïàññèâíûõ êîìïîíåíòîâ âîëîêîííîé îïòèêè. Íèçêàÿ ñòîèìîñòü âîññòàíîâëåíèÿ îáðûâîâ. Äëÿ óñòðàíåíèÿ îáðûâà âèòîé ïàðû íå òðåáóåòñÿ äîðîãîñòîÿùåå ñïåöèàëüíîå ìîíòàæíîå îáîðóäîâàíèå, êàê â ñëó÷àå îáðûâà îïòè÷åñêîãî êàáåëÿ. Ìîæíî òàêæå öåëèêîì çàìåíèòü ïîâðåæäåííóþ âèòóþ ïàðó, ÷òî îïðàâäàíî åå íèçêîé ñòîèìîñòüþ. Óäîáñòâà èñïîëüçîâàíèÿ â íåáîëüøèõ ðàáî÷èõ ãðóïïàõ. Âèòàÿ ïàðà áóäåò óäîáíîé ïðè èñïîëüçîâàíèè êîíöåíòðàòîðà â ðàáî÷èõ ãðóïïàõ, â êîíñòðóêòîðñêèõ áþðî. Ýòî óäîáñòâî ÿâëÿåòñÿ ñëåäñòâèåì ìåíüøåé ñòîèìîñòè FDDI-êîíöåíòðàòîðà, èìåþùåãî ïîðòû äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ âèòûõ ïàð. 132
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
6.6. Óðîâåíü PHY Ñòàíäàðò PHY (physical layer protocol – ïðîòîêîë ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ) âåðõíåãî ïîäóðîâíÿ ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ (ðèñ. 6.3) îïðåäåëÿåò òå ôóíêöèè ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ, êîòîðûå íå ïðèâÿçàíû ê òèïó ñðåäû ïåðåäà÷è. Ýòî ïîçâîëÿåò ìîäèôèöèðîâàòü ñðåäó ïåðåäà÷è, íàïðèìåð èñïîëüçîâàòü âèòóþ ïàðó âìåñòî îïòè÷åñêîãî âîëîêíà, íî ïðè ýòîì íå èçìåíÿòü ïàðàìåòðû óðîâíÿ PHY. Ñëåäóþùèå êîìïîíåíòû, ôóíêöèè è õàðàêòåðèñòèêè îïðåäåëÿþòñÿ óðîâíåì PHY: •
òàéìåð è ñõåìà ñèíõðîíèçàöèè – íàñòðîéêà âðåìåííûõ ïàðàìåòðîâ íà îñíîâå âðåìåííîãî àíàëèçà äâèæåíèÿ ìàðêåðà è êàäðîâ äàííûõ ïî êîëüöó;
•
ïðîöåññ êîäèðîâàíèÿ è äåêîäèðîâàíèÿ – ïðåîáðàçîâàíèå ïîëó÷åííûõ îò óðîâíÿ MAC äàííûõ â ôîðìàò, ïðèíÿòûé äëÿ ïåðåäà÷è ìåæäó ñåòåâûìè óñòðîéñòâàìè FDDI;
•
óïðàâëÿþùèå ñèìâîëû – ìèíèìàëüíûå ñèãíàëüíûå êâàíòû, èñïîëüçóåìûå äëÿ óñòàíîâëåíèÿ ñâÿçè ìåæäó ñòàíöèÿìè;
•
ýëàñòè÷íûé áóôåð, èñïîëüçóåìûé äëÿ êîìïåíñàöèè äîïóñòèìîãî îòêëîíåíèÿ ÷àñîâ ñîñåäíèõ ñòàíöèé;
•
ôóíêöèÿ ñãëàæèâàíèÿ, ïîçâîëÿþùàÿ èçáåæàòü ïîòåðè êàäðîâ, èìåþùèõ êîðîòêèå ïðåàìáóëû;
•
ôèëüòð ïîâòîðåíèé, ïðåäîòâðàùàþùèé ðàñïðîñòðàíåíèå îøèáî÷íûõ êîäîâ è êîäîâ ñáîéíîãî ñîñòîÿíèÿ ëèíèè.
Ñèíõðîíèçàöèÿ ÷àñîâ Ñòàíäàðò FDDI PHY îïðåäåëÿåò èñïîëüçîâàíèå ðàñïðåäåëåííûõ ïî ñòàíöèÿì ÷àñîâ. Êàæäàÿ ñòàíöèÿ èìååò äâîå ÷àñîâ – ÷àñû äëÿ ïåðåäà÷è è ÷àñû äëÿ ïðèåìà äàííûõ [1, 11]. ×àñû äëÿ ïåðåäà÷è äàííûõ íå ïåðåñòðàèâàþò ÷àñòîòó. Íà ÷àñòîòå ýòèõ ÷àñîâ ñòàíöèÿ ïåðåäàåò èëè ïîâòîðÿåò èíôîðìàöèþ â êîëüöî. ×àñû äëÿ ïðèåìà, íàïðîòèâ, èìåþò âîçìîæíîñòü ïîäñòðàèâàòü ÷àñòîòó. Ïîëó÷àÿ äàííûå, ñòàíöèÿ ñèíõðîíèçèðóåò ïðèåìíûå ÷àñû ïî ïðèõîäÿùåé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ñèìâîëîâ ïðåàìáóëû, êîòîðàÿ ñëåäóåò ïåðåä êàäðîì. Äàëåå ñòàíöèÿ äåêîäèðóåò äàííûå êàäðà ïî ýòèì ÷àñàì. ×àñòîòà ïðèõîäÿùèõ áèòîâ îïðåäåëÿåòñÿ ÷àñòîòîé ïåðåäàþùèõ ÷àñîâ ñòàíöèèîòïðàâèòåëÿ ýòèõ áèòîâ. Ñëåäîâàòåëüíî, ïðèåìíûå ÷àñû ñèíõðîíèçèðóþòñÿ ïî ÷àñòîòå ïåðåäà÷è ïðåäûäóùåé ñòàíöèè. Îäíàêî, åñëè íóæíî ïåðåäàâàòü ýòè äàííûå îáðàòíî â êîëüöî, ò.å. ïîâòîðèòü, ñòàíöèÿ áóäåò èñïîëüçîâàòü ñâîè ñîáñòâåííûå ÷àñû.
Êîäèðîâàíèå è äåêîäèðîâàíèå äàííûõ Äàííûå, ïðåæäå ÷åì ïåðåäàâàòüñÿ ïî ñåòè, ïîäâåðãàþòñÿ êîäèðîâàíèþ ñ öåëüþ èõ áîëåå íàäåæíîé ïåðåäà÷è. Ýòó ôóíêöèþ âûïîëíÿåò óðîâåíü PHY, êîòîðûé êîäèðóåò ïîëó÷åííûå îò óðîâíÿ MAC äàííûå è çàòåì íàïðàâëÿåò èõ íà óðîâåíü PMD. Óðîâåíü PHY òàêæå îáðàáàòûâàåò è îáðàòíûé ïîòîê îò PMD ê MAC, ðèñ. 6.14. FDDI èñïîëüçóåò äâå ïîñëåäîâàòåëüíûå ñèñòåìû êîäèðîâàíèÿ: 4B/5B è NRZI – íåâîçâðàùåíèå ê íóëþ ñ ïîñëåäóþùåé èíâåðñèåé íà åäèíèöàõ [12]. Ñèñòåìà êîäèðîâàíèÿ äàííûõ 4B/5B. Åñëè áû FDDI èñïîëüçîâàë òó æå ñõåìó êîäèðîâàíèÿ áèòîâ, ÷òî è ïðèìåíÿåìàÿ â Token Ring èëè Ethernet, íà êàæäûé ïîëåçíûé áèò èíôîðìàöèè ïðèõîäèëîñü áû äâà ïåðåäàâàåìûõ ñèãíàëüíûõ áèòà (ìàí÷åñòåðñêîå êîäèðîâàíèå), ðèñ. 6.15. Òàêèì îáðàçîì, ïîòðåáîâàëîñü áû ïîñûëàòü 200 ìèëëèîíîâ ñèãíàëîâ â ñåêóíäó, ÷òîáû ïåðåäàâàòü ñî ñêîðîñòüþ 100 Ìáèò/ñ. Âìåñòî ýòîãî â FDDI ïðèíÿòà ñõåìà êîäèðîâàíèÿ 4Â/5 ñ ìåíüøåé èçáûòî÷íîñòüþ êîäà, êîòîðàÿ ïðåîáðàçîâûâàåò êàæäûå 4 áèòà äàííûõ â 5-áèòîâûå êîäû – ñèìâîëû, òàáë. 6.7.  ðåçóëüòàòå, ïðè ñêîðîñòè ïåðåäà÷è äàííûõ 100 Ìáèò/ñ ñõåìà 4Â/5B îòïðàâëÿåò 125 ìèëëèîíîâ ñèãíàëîâ â ñåêóíäó (125 Ìáîä). Çàìåòèì, ÷òî êîäåð 4B/5B îáðàáàòûâàåò ãðóïïû áèòîâ (4 áèòà), ñîîòâåòñòâåííî äåêîäåð îáðàáàòûâàåò ñèìâîëû (5 áèòîâ). Ñëåäîâàòåëüíî, äåêîäåð äîëæåí âûäåëÿòü ñèìâîëû èç íåïðåðûâíîãî áèòîâîãî ïîòîêà. Äëÿ ýòîé öåëè, â ÷àñòíîñòè, ïðèåìíèê ñèíõðîíèçèðóåòñÿ ñ ïåðåäàò÷èêîì íà ýòàïå ïðèåìà.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
133
Приемная система
Данные или контрольные символы (от уровня MAC)
Передающая система Фильтр повторений
Оптический передатчик
Кодеры 4B/5B + NRZI
MMF, SMF или TP
PMD
PHY Параллельный битовый поток
Среда передачи
Последовательные битовые потоки
Передающая система
Данные или контрольные символы (к уровню MAC)
Приемная система Декодер NRZI, эластич. буфер, функция сглаживания
Декодер 4B/5B
Оптический приемник
MMF, SMF или TP
PHY
PMD
Ðèñ. 6.14. Ñèñòåìû êîäèðîâàíèÿ 4B/5B è NRZI óðîâíÿ PHY
Последовательность входных битов
1
0
0
0
1
0
0
0
1
1
Манчестерский код
Таймер
Ðèñ. 6.15. Ìàí÷åñòåðñêîå êîäèðîâàíèå, ïðèíÿòîå â ñåòÿõ Ethernet è Token Ring
Ñèñòåìà êîäèðîâàíèÿ NRZI. Ïîñëå âûïîëíåíèÿ êîäèðîâàíèÿ äàííûõ 4B/5B ïðîèñõîäèò äàëüíåéøåå, òåïåðü óæå ïîáèòîâîå, êîäèðîâàíèå NRZI.  ýòîé ñõåìå íóëþ âõîäÿùåé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ñîîòâåòñòâóåò ïîâòîðåíèå óðîâíÿ ïðåäûäóùåãî ýëåìåíòà (ñîõðàíåíèå ñîñòîÿíèÿ), à åäèíèöå – ýíåðãåòè÷åñêèé ïåðåõîä â àëüòåðíàòèâíîå ñîñòîÿíèå, ðèñ. 6.16. Òàêèì îáðàçîì, ÷åì áîëüøå åäèíèö âî âõîäíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè, òåì áîëüøå áóäåò ïåðåïàäîâ ñèãíàëà íà âûõîäå (âûøå ýôôåêòèâíàÿ ÷àñòîòà â ëèíèè) è íàîáîðîò. Ïðåîáðàçîâàíèå NRZI, åñëè åãî ðàññìàòðèâàòü îòäåëüíî, íå î÷åíü ýôôåêòèâíî. Íàïðèìåð, åñëè ïåðåäàþòñÿ òîëüêî 0, òî ïðèåìíèê íà óäàëåííîì óçëå âñå ýòî âðåìÿ íå áóäåò îáíàðóæèâàòü ïåðåïàäîâ ñèãíàëà, ÷òî óõóäøàåò ñèíõðîíèçàöèþ ïðèåìíèêà. Ïîñêîëüêó ïðàêòè÷åñêè áûëî áû íåâîçìîæíî ïðåäîòâðàòèòü ýòó ñèòóàöèþ (íåëüçÿ ãàðàíòèðîâàòü, ÷òî â ïîòîêå äàííûõ îò ïîëüçîâàòåëÿ íå áóäóò ïîÿâëÿòüñÿ äëèííûå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè íóëåé), äîïîëíèòåëüíîå êîäèðîâàíèå ïðåäøåñòâóåò NRZI. Ýòî êîäèðîâàíèå äîëæíî ãàðàíòèðîâàòü, ÷òî ïîñëå íåãî íå áóäóò âñòðå÷àòüñÿ áîëüøèå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè íóëåé, íåçàâèñèìî îò òîãî, êàêèå äàííûå ïåðåäàþòñÿ îò ïîëüçîâàòåëÿ. È èìåííî ýòó ôóíêöèþ îáåñïå÷èâàåò êîäèðîâàíèå 4B/5B, êîòîðîå, òàêèì îáðàçîì, ïîìîãàåò íå òîëüêî ïîâûñèòü ïîìåõîóñòîé÷èâîñòü ïåðåäàâàåìîé èíôîðìàöèè, íî è ðåøèòü ïðîáëåìó ñèíõðîíèçàöèè. Ïðèðîäà êîäèðîâàíèÿ 4B/5B òàêîâà, ÷òî â âûõîäíîì áèòîâîì ïîòîêå íèêîãäà íå âñòðåòèòñÿ áîëüøå òðåõ íóëåé. Çàìåòèì, ÷òî ïåðâûé áèò âûõîäíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè íå îïðåäåëåí. Ýòà íåîïðåäåëåííîñòü, îäíàêî, íå îïàñíà, ïîñêîëüêó ïðèåìíèê ñðàáàòûâàåò ïî ïåðåïàäó âõîäíîãî ñèãíàëà (îòñóòñòâèå ïåðåïàäà îçíà÷àåò 0, ïåðåïàä – 1). Òàêèì îáðàçîì, â ñëó÷àå èñïîëüçîâàíèÿ îïòè÷åñêîé ñðåäû ñâÿçè, ïîñëåäîâàòåëüíîñòü íóëåé íà âõîäå êîäèðîâùèêà NRZI, êîòîðûõ ìîæåò áûòü ìàêñèìóì òðè, ïðåîáðàçóåòñÿ ëèáî â íåïðåðûâíûé ñâåòîâîé ñèãíàë, ëèáî â ïîëíîå åãî îòñóòñòâèå. Ïðîöåññ äåêîäèðîâàíèÿ ïðîèñõîäèò â îáðàòíîì ïîðÿäêå. 134
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Контрольные символы Поток данных
Кодер 4B/5B
Последовательный поток 4B/5B NRZ
NRZI
1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 NRZ
Последовательный поток 4B/5B NRZI
1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 NRZI
Таймер (125 МГц)
Ðèñ. 6.16. Ñèñòåìà êîäèðîâàíèÿ 4B/5B, NRZ è NRZI
Ñèìâîëû êîäèðîâàíèÿ.  òàáë. 6.7 ïðåäñòàâëåí ñïèñîê 5-áèòîâûõ ñèìâîëîâ, èñïîëüçóåìûõ â ñòàíäàðòå FDDI. Äîïóñòèìî âñåãî 32 âîçìîæíûõ êîìáèíàöèè èç 5 áèò, èç êîòîðûõ ðåàëüíî çàäåéñòâîâàíû òîëüêî 25 ñèìâîëîâ. Ïî íàçíà÷åíèþ îíè ðàçáèâàþòñÿ íà 4 ãðóïïû [12]: •
Ñèìâîëû ñòàòóñà ëèíèè (3) – Q, I, H. Ýòè ñèìâîëû ñèãíàëèçèðóþò î ñîñòîÿíèè ëèíèè è ðàñïîçíàþòñÿ îáîðóäîâàíèåì ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ (PHY). Ãðóïïû ýòèõ ñèìâîëîâ èñïîëüçóþòñÿ íà ýòàïå óñòàíîâëåíèÿ ñâÿçè ìåæäó óðîâíÿìè PHY ñîñåäíèõ óñòðîéñòâ. Ñèìâîë I (Idle) ïåðåäàåòñÿ â ïðîìåæóòêàõ ìåæäó ïåðåäàâàåìûìè êàäðàìè ñ öåëüþ ïîääåðæêè ñèíõðîíèçàöèè ïðèåìíûõ ÷àñîâ ñòàíöèé.
•
Îãðàíè÷èòåëè (4): íà÷àëüíûå – J, K, L, êîíå÷íûé – T. Íà÷àëüíûé îãðàíè÷èòåëü L íå èñïîëüçóåòñÿ â áàçîâîì ñòàíäàðòå FDDI è ïðåäíàçíà÷àåòñÿ äëÿ FDDI-II.
•
Êîíòðîëüíûå èíäèêàòîðû (2) – R, S.
•
Ñèìâîëû äàííûõ (16). Ýòè ñèìâîëû íå ÿâëÿþòñÿ ñëóæåáíûìè è èñïîëüçóþòñÿ äëÿ êîäèðîâàíèÿ äàííûõ.
Îñòàâøèåñÿ ñåìü ñèìâîëîâ èç 32 (ñì. òàáë. 4.1) íå ïåðåäàþòñÿ – ïåðåäà÷à èõ íàðóøèëà áû ðàáî÷óþ äëèíó êîäà è òðåáîâàíèÿ ïî áàëàíñó ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé. Ñèìâîëû îáû÷íî îáúåäèíÿþòñÿ â ïàðû, òàê ÷òî îáùåå ÷èñëî ñèìâîëîâ â êàäðå âñåãäà ÷åòíî è íå ïðåâûøàåò 9000. Áàëàíñ ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé.  FDDI, â ñèëó îñîáåííîñòåé êîäèðîâàíèÿ, ìîæåò íàáëþäàòüñÿ ýôôåêò ñìåùåíèÿ ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé îò ñðåäíåãî çíà÷åíèÿ. Îòêëîíåíèå ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé (baseline wander) âîçíèêàåò, êîãäà óñðåäíåííîå ïî êàêîìó-òî ïðîìåæóòêó âðåìåíè çíà÷åíèå ïåðåìåííîãî ñèãíàëà íåíóëåâîå. Ïðè ìàí÷åñòåðñêîì êîäèðîâàíèè êàæäûé âõîäíîé áèò ïðåäñòàâëÿåòñÿ ïàðîé ñèãíàëîâ +1 è –1, òàêèì îáðàçîì ñîõðàíÿåòñÿ íóëåâîé áàëàíñ ïî ïîñòîÿííîìó òîêó.  ñòàíäàðòå FDDI ñîâîêóïíîñòü êîäèðîâàíèé 4B/5B è NRZ/NRZI íå ãàðàíòèðóåò íóëåâîé áàëàíñ â âûõîäíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè, íî äàåò äîñòàòî÷íî áëèçêîå çíà÷åíèå ê 0.  íàèõóäøåì ñëó÷àå äîïóñêàåòñÿ îòêëîíåíèå ±10%. Ýòî âàæíîå ñâîéñòâî âûõîäíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè äîëæíî ó÷èòûâàòüñÿ ïðè êîíñòðóèðîâàíèè ïðèåìíèêîâ. Ñîñòîÿíèÿ ëèíèè. Âî âðåìÿ ïðîöåäóðû óñòàíîâëåíèÿ ñîåäèíåíèÿ ñîñåäíèå ñòàíöèè îáìåíèâàþòñÿ íå îòäåëüíûìè ñèìâîëàìè, à äîñòàòî÷íî äëèííûìè ïîñëåäîâàòåëüíîñòÿìè ñèìâîëîâ, ÷òî ïîâûøàåò íàäåæíîñòü âçàèìîäåéñòâèÿ. Ýòè ïîñëåäîâàòåëüíîñòè íàçûâàþòñÿ ñîñòîÿíèÿìè ëèíèè (line states). Ñîñòîÿíèÿ ëèíèè (îáîçíà÷åíèÿ è îïèñàíèÿ) ïðèâåäåíû â òàáë. 6.8. Îòìåòèì, ÷òî êîäèðîâàíèå NRZI ñèìâîëîâ ñîñòîÿíèé ëèíèè ïðèâîäèò ê ìåàíäðó – ðåãóëÿðíûì âîëíàì ñ êâàäðàòíûìè ôðîíòàìè ðàçëè÷íîé ÷àñòîòû. Ìàêñèìàëüíàÿ ÷àñòîòà èìååò ìåñòî ïðè ñîñòîÿíèè ëèíèè ILS – 62,5 ÌÃö. Âñåãî èñïîëüçóåòñÿ 4 ñîñòîÿíèÿ ëèíèè: QLS, MLS, HLS è ILS. Îñòàâøèåñÿ äâà – ALS è NLS – îáîçíà÷àþò ñîîòâåòñòâåííî íîðìàëüíûé ðàáî÷èé ðåæèì êàíàëà, ñîïðîâîæäàþùèéñÿ ïåðåäà÷åé äàííûõ, è ïëîõóþ ëèíèþ ñ áîëüøèì óðîâíåì ïîìåõ.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
135
Òàáëèöà 6.7. Êîäèðîâàíèå ñèìâîëîâ â FDDI Äåñÿòè÷íûé êîä
Äâîè÷íîå êîäèðîâàíèå
Ñèìâîë
Èìÿ
Íàçíà÷åíèå
00
00000
Q
QUIET
Ñèìâîë ñòàòóñà ëèíèè
31
11111
I
IDLE
"
04
00100
H
HALT
"
24
11000
J
Íà÷àëüíûé îãðàíè÷èòåëü
17
10001
K
"
05
00101
L
"
13
01101
T
Êîíå÷íûé îãðàíè÷èòåëü
07
00111
R
RESET
Êîíòðîëüíûé èíäèêàòîð
25
11001
S
SET
"
30
11110
0
Ñèìâîëû äàííûõ 0000 (0)
09
01001
1
"
0001 (1)
20
10100
2
"
0010 (2)
21
10101
3
"
0011 (3)
10
01010
4
"
0100 (4)
11
01011
5
"
0101 (5)
14
01110
6
"
0110 (6)
15
01111
7
"
0111 (7)
18
10010
8
"
1000 (8)
19
10011
9
"
1001 (9)
22
10110
A
"
1010 (10–A)
23
10111
B
"
1011 (11–B)
26
11010
C
"
1100 (12–C)
27
11011
D
"
1101 (13–D)
28
11100
E
"
1110 (14–E)
29
11101
F
"
1111 (15–F)
01
00001
V
VIOLATION*
02
00010
V
VIOLATION
"
03
00011
V
VIOLATION
"
06
00110
V
VIOLATION
"
08
01000
V
VIOLATION
"
12
01100
V
VIOLATION
"
16
10000
V
VIOLATION
"
Íå ïåðåäàþòñÿ
* Ñèìâîëû VIOLATION (íàðóøåíèå) ïðè ïðàâèëüíîé ðàáîòå ñåòè íå ïåðåäàþòñÿ, ñëåäîâàòåëüíî, ïðèåì òàêîãî ñèìâîëà ìîæåò îçíà÷àòü ëèáî íèçêîå êà÷åñòâî ëèíèè (áîëüøîé óðîâåíü îøèáîê, ïîìåõ), ëèáî íåèñïðàâíîñòü ñîñåäíåé ïåðåäàþùåé ñòàíöèè.
Îñîáåííîñòè êîäèðîâàíèÿ ïðè ïåðåäà÷å ïî âèòîé ïàðå Ñõåìó êîäèðîâàíèÿ 4B/5B+NRZI íåëüçÿ ïðèìåíÿòü ê ìåäíîé êàáåëüíîé ñèñòåìå íà îñíîâå íåýêðàíèðîâàííîé âèòîé ïàðû UTP êàò.5 èç-çà æåñòêèõ òðåáîâàíèé ïî ýëåêòðîìàãíèòíîìó èçëó÷åíèþ è äëèíå ñåãìåíòîâ.  òî æå âðåìÿ, ýòà ñõåìà äîïóñòèìà ïðè èñïîëüçîâàíèÿ ýê-
136
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
ðàíèðîâàííîé âèòîé ïàðû IBM òèï 1 èëè 2 – SDDI. Ïîýòîìó ñïåöèôèêàöèè óðîâíÿ FDDI TPPMD, ãëàâíûì îáðàçîì, îðèåíòèðîâàíû íà ñîçäàíèå ïîìåõîóñòîé÷èâîãî êîäà â ëèíèè íà îñíîâå UTP êàò.5. Ðàññìîòðåíèå ðàáîòû óðîâíÿ TP-PMD èíòåðåñíî âäâîéíå, ïîñêîëüêó ýòè ñïåöèôèêàöèè òàêæå áûëè èñïîëüçîâàíû ïîçæå â ñòàíäàðòå Fast Ethernet (100Base-TX) – âåñüìà ïîïóëÿðíîì ñîâðåìåííîì ñåòåâîì ñòàíäàðòå.
Òàáëèöà 6.8. Ñîñòîÿíèÿ ëèíèè Îáîçíà÷åíèå ñîñòîÿíèÿ QLS (quiet line state) MLS (master line state) HLS (halt line state) ILS (idle line state)
ALS (active line state) NLS (noise line state)
Îïèñàíèå
NRZI
Ñîñòîÿíèå ìîë÷àíèÿ, çàêëþ÷àåòñÿ â ïåðåäà÷å 16 èëè 17 ñèìâîëîâ Q (Quiet) ïîäðÿä – ñèãíàëà íåò Ñîñòîÿíèå ãëàâíîãî ïîðòà, çàêëþ÷àåòñÿ â ïåðåäà÷å 8 èëè 9 ïàð ñèìâîëîâ H-Q (Halt è Quiet) – èñïîëüçóåòñÿ â ïðîöåññå èíèöèàëèçàöèè ïîðòà è äëÿ äðóãèõ ôóíêöèé Ñîñòîÿíèå îñòàíîâà çàêëþ÷àåòñÿ â ïåðåäà÷å 16 èëè 17 ñèìâîëîâ H (Halt) ïîäðÿä – èñïîëüçóåòñÿ â ïðîöåññå èíèöèàëèçàöèè ïîðòà Ñîñòîÿíèå ïðîñòîÿ, çàêëþ÷àåòñÿ â ïåðåäà÷å 16 èëè 17 ñèìâîëîâ I (Idle) ïîäðÿä – èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ïîääåðæêè ñèíõðîíèçàöèè ÷àñîâ, â ïðîöåññå èíèöèàëèçàöèè è ïðè íîðìàëüíîé ðàáîòå ñåòè äëÿ îòäåëåíèÿ êàäðîâ äàííûõ, óêàçûâàåò íà íàëè÷èå ôèçè÷åñêîãî ñîåäèíåíèÿ, êîãäà íåò ñåòåâîé àêòèâíîñòè
Íåò èçìåíåíèé â ñèãíàëå (0 Ãö) Îäèí ïåðåõîä íà 10 áèò (6,25 ÌÃö)
Ñîñòîÿíèå ALS – àêòèâíî, ïðè êîððåêòíîé ïåðåäà÷å ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé êàäðîâ
Ñëó÷àéíàÿ âåëè÷èíà, çàâèñèò îò äàííûõ ïîëüçîâàòåëÿ Ñëó÷àéíàÿ âåëè÷èíà, çàâèñèò îò õàðàêòåðà øóìà
Äâà ïåðåõîäà íà 10 áèò (12,5 ÌÃö) Äåñÿòü ïåðåõîäîâ íà 10 áèò (62,5 ÌÃö)
Ñîñòîÿíèå ïëîõîé ëèíèè – óêàçûâàåò íà íàëè÷èå áîëüøîãî óðîâíÿ ïîìåõ â ëèíèè, îáû÷íî ïðîèñõîäèò ïðè ïðèåìå ñèìâîëîâ Violation
Äëÿ ïåðåäà÷è ñèãíàëà ïî UTP êàò.5 ñ öåëüþ óìåíüøåíèÿ âûñîêî÷àñòîòíîé ñîñòàâëÿþùåé ýëåêòðîìàãíèòíîãî èçëó÷åíèÿ è äîñòèæåíèÿ ìàêñèìàëüíîãî ðàññòîÿíèÿ ïåðåäà÷è (100 ì), íàðÿäó ñî ñõåìîé NRZ/NRZI, äîïîëíèòåëüíî èñïîëüçóåòñÿ ñõåìà MLT-3. Òàêæå îñîáåííîñòüþ ïåðåäà÷è ïî íåýêðàíèðîâàííîé âèòîé ïàðå ÿâëÿåòñÿ íàëè÷èå ñêðåìáëåðà íà ïåðåäàþùåé ñòîðîíå (äåñêðåìáëåðà íà ïðèåìíîé), è ïîäñòðàèâàåìîãî ýêâàëàéçåðà, êîòîðûé óñòàíàâëèâàåòñÿ íà ïðèåìíîé ñòîðîíå è ïðåäøåñòâóåò äåñêðåìáëåðó. Ñêðåìáëåð óñòàíàâëèâàåòñÿ ïîñëå êîäåðà MLT-3, è ïðåäíàçíà÷åí äëÿ óìåíüøåíèÿ âåëè÷èíû ïèêîâ ñèãíàëîâ â ýíåðãåòè÷åñêîì ñïåêòðå. Ýêâàëàéçåð óñòàíàâëèâàåòñÿ íà ïðèåìíîé ñòîðîíå. Îí, ïîäñòðàèâàÿñü ïîä ðàçíóþ äëèíó êàáåëÿ, ïðèíèìàåò è ïðåîáðàçîâûâàåò ñèãíàë ê âèäó, ïðèåìëåìîìó äëÿ äåñêðåìáëåðà, ðèñ. 6.17.
Данные или контрольные символы (от уровня MAC)
Передающая система Фильтр повторений Кодеры 4B/5B + NRZI
Скремблер
Кодер MLT-3
Передатчик UTP
Приемная система Эквалайзер Данные или контрольные символы (к уровню MAC)
Декодеры 4B/5B + NRZI
PHY
Дескремблер
Декодер MLT-3
Приемник UTP
TP-PMD
Ðèñ. 6.17. Ñõåìà îñíîâíûõ óçëîâ óðîâíÿ TP-PMD
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
137
Ñõåìà êîäèðîâàíèÿ MLT-3. Ýòà ñõåìà îïèñàíà â ñïåöèôèêàöèÿõ TP-PMD FDDI è ðåàëèçóåò òðåõóðîâíåâûé âûõîäíîé ñèãíàëà (+1, 0, –1). Ñõåìà àíàëîãè÷íà NRZI â òîì, ÷òî ïåðåïàäû óðîâíÿ â âûõîäíîì ñèãíàëå ïðîèñõîäÿò òîëüêî òîãäà, êîãäà íà âõîä ïîñòóïàåò 1. Ïðè÷åì, íàïðàâëåíèå ïåðåõîäà èç íóëåâîãî ñîñòîÿíèÿ â ïîëîæèòåëüíîå èëè îòðèöàòåëüíîå îïðåäåëÿåòñÿ ïðåäûñòîðèåé: åñëè ïîñëåäíèé ïåðåõîä â íóëåâîå ñîñòîÿíèå áûë èç ïîëîæèòåëüíîãî ñîñòîÿíèÿ, òî ïî ïðèõîäó 1 ïåðåõîä áóäåò â îòðèöàòåëüíîå ñîñòîÿíèå, è íàîáîðîò, åñëè ïîñëåäíèé ïåðåõîä â íóëåâîå ñîñòîÿíèå áûë èç îòðèöàòåëüíîãî, òî ïî ïðèõîäó 1 ïåðåõîä áóäåò ïðîèçâåäåí â ïîëîæèòåëüíîå ñîñòîÿíèå. Ìàêñèìàëüíîå ÷èñëî ïåðåïàäîâ íà âûõîäå êîäåðà èìååò ìåñòî òîãäà, êîãäà íà âõîä ïîäàåòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü èç åäèíèö. Íî è â ýòîì ñëó÷àå ïåðèîä âîëíîâîãî ôðîíòà áóäåò 4 áèòà, ÷òî ýôôåêòèâíî âåäåò ê óìåíüøåíèþ ÷àñòîòû ñèãíàëà â ëèíèè â 4 ðàçà, òî åñòü 31,25 ÌÃö (âìåñòî 125 ÌÃö), ÷òî ïîçâîëÿåò ïðèáëèçèòüñÿ ê òðåáîâàíèÿì ïåðåäà÷è äàííûõ ïî íåýêðàíèðîâàííîé âèòîé ïàðå. Последовательность входных битов
1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1
NRZI
MLT-3 Таймер (125 МГц)
Ðèñ. 6.18. Ïðèìåð êîäèðîâàíèÿ MLT-3
Ñêðåìáëåð. Ïðèìåíåíèå êîäåðà MLT-3 ñàìî ïî ñåáå åùå íå äîñòàòî÷íî õîðîøåå ðåøåíèå, ÷òîáû óäîâëåòâîðèòü òðåáîâàíèÿ ðàäèî÷àñòîòíîãî ýëåêòðîìàãíèòíîãî èçëó÷åíèÿ. Íåýêðàíèðîâàííàÿ âèòàÿ ïàðà èçëó÷àåò çíà÷èòåëüíî ñèëüíåé ýêðàíèðîâàííîé âèòîé ïàðû, è, òåì áîëåå, îïòè÷åñêîãî âîëîêíà, îñîáåííî åñëè ïåðåäàâàòü ïî íåé ñèãíàë ñ ïîëîñîé 100 Ìáèò/c. Ãëàâíîå íàçíà÷åíèå ñêðåìáëåðà – óìåíüøåíèå çíà÷åíèé ýíåðãåòè÷åñêèõ ïèêîâ â ñïåêòðå èçëó÷åíèÿ âèòîé ïàðû. Ñêðåìáëåð óñòàíàâëèâàåòñÿ ìåæäó êîäåðàìè NRZI è MLT-3. Îí ìîäèôèöèðóåò ïîñëåäîâàòåëüíîñòü áèòîâ ïîñëå êîäåðà 4B/5B, ïîäìåøèâàÿ ïñåâäîñëó÷àéíûé êîìïîíåíò (èñïîëüçóåòñÿ ïîëèíîìèàëüíàÿ ôóíêöèÿ x + x ), ðèñ. 6.19. Ýòîò êîìïîíåíò çàòåì óäàëÿåòñÿ íà ïðèåìíîé ñòîðîíå ïðè ïîìîùè äåñêðåìáëåðà. Äëÿ òîãî, ÷òîáû ìîæíî áûëî âîññòàíîâèòü áèòîâûé ïîòîê íà ïðèåìíîé ñòîðîíå íåîáõîäèìî, ÷òîáû ñêðåìáëåð è äåñêðåìáëåð áûëè ñèíõðîíèçèðîâàíû ìåæäó ñîáîé.  ñòàíäàðòå FDDI ñèíõðîíèçàöèÿ ïðîèñõîäèò ïðè ïîìîùè ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé ñèìâîëîâ ñîñòîÿíèé ëèíèè (ILS, MLS, QLS, HLS), ÷òî ñîçäàåò îïðåäåëåííûé ðèñóíîê ñèãíàëà íà ïðèåìå. Ïî ýòîìó ðèñóíêó "çàïóñêàåòñÿ" äåñêðåìáëåð. Ñêðåìáëåð è äåñêðåìáëåð èìåþò ñîâåðøåííî îäèíàêîâûé ïðèíöèï äåéñòâèÿ è èñïîëüçóþò îäíî è òîæå "çàòðàâî÷íîå" 11-áèòîâîå ÷èñëî. Òàêèì îáðàçîì, äâîéíîå ïðèìåíåíèå ñêðåìáëèðîâàíèÿ ê áèòó ïîòîêà âîññòàíàâëèâàåò ïðåæíåå çíà÷åíèå. 11
9
Регистр сдвига 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
Входные данные
Скремблированные выходные данные
Ðèñ. 6.19. Ðàáîòà ñêðåìáëåðà ñ ôóíêöèåé
138
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Ýëàñòè÷íûé áóôåð Èç-çà ïîìåõ, âëàæíîñòè, ïåðåïàäîâ òåìïåðàòóðû, ñêà÷êîâ íàïðÿæåíèÿ, âðåìåííîé íåñòàáèëüíîñòè êâàðöåâîãî ãåíåðàòîðà, ÷àñòîòà ÷àñîâ íå ìîæåò áûòü ïîñòîÿííîé âåëè÷èíîé. Ïîýòîìó ñóùåñòâóåò ðàçáðîñ ïî ÷àñòîòàì ÷àñîâ ðàçíûõ ñòàíöèé. Ïîëíîå êîëüöî, âêëþ÷àÿ ñåòåâûå ñòàíöèè è êàáåëüíûå êîììóíèêàöèè, äîëæíî ñîõðàíÿòü áèòîâóþ äëèíó ñ òåì, ÷òî áû íè îäèí áèò íå ìîã áûòü ñîçäàí èëè óíè÷òîæåí â ëîãè÷åñêîì êîëüöå. Èíà÷å íå ñîõðàíèòñÿ èëè èñêàçèòñÿ èíôîðìàöèÿ. Äëÿ ýòîé öåëè èñïîëüçóþòñÿ ñïåöèàëüíûå ñðåäñòâà ñòàáèëèçàöèè. Óðîâåíü PHY ïðåäóñìàòðèâàåò äâà ñðåäñòâà: ýëàñòè÷íûé áóôåð è ôóíêöèþ ñãëàæèâàíèÿ (ðèñ. 6.14). Ïðèåìíèê èìååò ÷àñû ñ ïîäñòðàèâàåìîé ÷àñòîòîé, äëÿ ÷åãî èñïîëüçóåò òàêóþ ñòàíäàðòíóþ òåõíèêó, êàê ôàçîâàÿ ïîäñòðîéêà êîëåáàíèé ãåíåðàòîðà. Ïåðåäàò÷èê, íàïðîòèâ, èñïîëüçóåò ÷àñû ñ ôèêñèðîâàííîé ÷àñòîòîé. Ýëàñòè÷íûé áóôåð, óñòàíîâëåííûé íà êàæäîé ñòàíöèè, ïðèçâàí êîìïåíñèðîâàòü ðàçíóþ ñêîðîñòü ïðèåìà è ïåðåäà÷è áèòîâ ïî ñåòè, âîçíèêàþùóþ âñëåäñòâèå ðàçëè÷èÿ ÷àñòîò ïðèåìíûõ è ïåðåäàþùèõ ÷àñîâ. Óñòàíîâêà áóôåðà â ñðåäíåå ïîëîæåíèå (çàïîëíÿåòñÿ òîëüêî ïîëîâèíà ÿ÷ååê áóôåðà – áóôåð ðàáîòàåò íà ïðèåì) íàñòóïàåò ïåðåä ïðèõîäîì êàäðà ïî ïðåàìáóëå, êîòîðàÿ ïðåäøåñòâóåò êàäðó äàííûõ. Äàëåå áóôåð íà÷èíàåò ðàáîòàòü íà ïðèåì è íà ïåðåäà÷ó áèòîâ, ïîääåðæèâàÿ î÷åðåäü FIFO (first in, first out – ïåðâûì ïðèøåë, ïåðâûì îáñëóæåí). ×àñû ïåðåäàò÷èêà ñòàíäàðòèçîâàíû ñî ñòàáèëüíîñòüþ ±0,005%. Ýëàñòè÷íûé áóôåð ðàáîòàåò ñ áèòàìè ñèìâîëîâ äî ïðîöåäóðû äåêîäèðîâàíèÿ 4B/5B. Ïîýòîìó äëÿ ïåðåäà÷è êàäðà ìàêñèìàëüíîé äëèíû 9000 ñèìâîëîâ (4500 áàéò x 2, òàê êàê êàæäûé áàéò äàííûõ ïðåäñòàâëåí äâóìÿ 5-áèòîâûìè ñèìâîëàìè â ïîòîêå ïî ôèçè÷åñêîé ëèíèè ñâÿçè) èëè 45000 áèò áåç ïåðåïîëíåíèÿ áóôåðà äîñòàòî÷íî âûáðàòü áóôåð äëèíîé 10 áèò (45000 x 0,00005 x 2 x 2 = 9, ïëþñ 1 áèò äëÿ ÷åòíîé ïîëíîé äëèíû), ãäå îäèí ìíîæèòåëü 2 ó÷èòûâàåò ìàêñèìàëüíûé ðàçáðîñ ÷àñòîò äâóõ ÷àñîâ 0,01%, à äðóãîé ìíîæèòåëü 2 ó÷èòûâàåò âîçìîæíîñòü äðåéôà óðîâíÿ çàïîëíåíèÿ áóôåðà êàê â ñòîðîíó çàïîëíåíèÿ, òàê è â ñòîðîíó îñâîáîæäåíèÿ. Áóôåð äëèíîé â 10 áèò âíîñèò çàäåðæêó ïðè ðåòðàíñëÿöèè ìàðêåðà è êàäðîâ, êîòîðàÿ ïðè ñêîðîñòè ïåðåäà÷è 125 Ìáîä ýêâèâàëåíòà 0,08 ìêñ. Îäíàêî, ïðèíèìàÿ âî âíèìàíèå äîïîëíèòåëüíûå çàäåðæêè, â ÷àñòíîñòè, ïðè ïåðåäà÷å áèòîâ ìåæäó ðåãèñòðàìè, ýòî ÷èñëî – òàê íàçûâàåìîå ëàòåíòíîå âðåìÿ ñòàíöèè – óâåëè÷èâàåòñÿ, è îáû÷íî îöåíèâàåòñÿ â 1 ìêñ [13]. Ëàòåíòíîå âðåìÿ ñåòè – ýòî âðåìÿ, êîòîðîå òðåáóåòñÿ ìàðêåðó, èñïóùåííîìó ñòàíöèåé, âîçâðàòèòüñÿ îáðàòíî ê ýòîé ñòàíöèè, ïðè óñëîâèè, ÷òî íè îäíà èç ñòàíöèé íå çàõâàòûâàåò ìàðêåð. Ýòî âðåìÿ ñêëàäûâàåòñÿ èç ëàòåíòíûõ âðåìåí íà ñòàíöèÿõ è çàäåðæêàõ íà ñåãìåíòàõ èç-çà êîíå÷íîé ñêîðîñòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñâåòà. Åñëè ñòàíöèÿ ïåðåäàåò (ðåòðàíñëèðóåò) íåñêîëüêî êàäðîâ, ñëåäóþùèõ äðóã çà äðóãîì, îíà ìîæåò íå óñïåâàòü ïåðåâîäèòü áóôåð â ñðåäíåå ïîëîæåíèå äî îáðàáîòêè ñëåäóþùåãî êàäðà.  ýòîì ñëó÷àå ïðîöåäóðà óñòàíîâêè áóôåðà â ñðåäíåå ïîëîæåíèå ñîïðîâîæäàåòñÿ ïðîöåññîì óâåëè÷åíèÿ èëè óìåíüøåíèÿ äëèíû ïðåàìáóëû (êîòîðàÿ ïåðâîíà÷àëüíî, â ìîìåíò èñïóñêàíèÿ êàäðà ñòàíöèåé-îòïðàâèòåëåì, ñîñòàâëÿåò 16 èëè áîëåå ñèìâîëîâ).  ÷àñòíîñòè, åñëè íàñòðîåííàÿ ÷àñòîòà ïðèåìíûõ ÷àñîâ ìåíüøå ÷àñòîòû ïåðåäàþùèõ ÷àñîâ, òî âîçìîæíî óâåëè÷åíèå äëèíû ïðåàìáóëû ó ïîñëåäîâàòåëüíî ïðèíèìàåìûõ êàäðîâ, òàê ÷òîáû âûðàâíèâàëîñü ñðåäíåå âðåìÿ ïðèåìà è ïåðåäà÷è. Òàêèì îáðàçîì, ïî ìåðå ïðîäâèæåíèÿ êàäðà (ìàðêåðà) ïî ñåòè äëèíà ïðåäøåñòâóþùåé ïðåàìáóëû ìîæåò âàðüèðîâàòüñÿ îò ñâîåãî íà÷àëüíîãî çíà÷åíèÿ êàê â ñòîðîíó óâåëè÷åíèÿ, òàê è â ñòîðîíó óìåíüøåíèÿ (íà÷àëüíîå çíà÷åíèå ïðåàìáóëû ìàðêåðà çàäàåòñÿ íà ýòàïå åãî èíèöèàëèçàöèè, ñì. ï.6.7. "Óðîâåíü MAC").
Ôóíêöèÿ ñãëàæèâàíèÿ Êàäðû ñ äëèííîé ïðåàìáóëîé ñíèæàþò ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñåòè, íå âíîñÿ äðóãèõ ïðîáëåì. Íî óìåíüøåíèå äëèíû ïðåàìáóëû äî íóëÿ îçíà÷àëî áû ïîòåðþ èíôîðìàöèè â êðèòè÷åñêîé ñèòóàöèè. Ïðîáëåìó ðåøàåò ñïåöèàëüíî âñòðîåííûé â PHY ýëåìåíò, âûïîëíÿþùèé ôóíêöèþ ñãëàæèâàíèÿ. Ýòîò ýëåìåíò ïðîâåðÿåò äëèíó ïðåàìáóëû ó âñåõ ïðèõîäÿùèõ êàäðîâ è, â çàâèñèìîñòè îò îáñòàíîâêè, âñòàâëÿåò èëè óäàëÿåò ñèìâîëû ïðåàìáóëû ñ öåëüþ óìåíüøåíèÿ ðàçáðîñà â äëèíàõ ïðåàìáóë îò èõ íîìèíàëüíîãî çíà÷åíèÿ â 16 ñèìâîëîâ. Ðàñ÷åòû, ïðåäñòàâëåííûå òåõíè÷åñêèì êîìèòåòîì ANSI X3T9.5 íà ýòàïå ðàçðàáîòêè FDDI, ïîêàçàëè, ÷òî âûáðàííûé àëãîðèòì ôóíêöèè ñãëàæèâàíèÿ â ñàìîì õóäøåì ñëó÷àå îáåñïå÷èâàåò âåðîÿòíîñòü ïîòåðè êàäðà ìåíüøå, ÷åì 10–12, ÷òî â äàëüíåéøåì ïîäòâåðäèëîñü íà ïðàêòèêå ïðè áîëüøèõ êîíôèãóðàöèÿõ êîëüöà.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
139
Ôèëüòð ïîâòîðåíèé Ôèëüòð ïîâòîðåíèé ïðåäîòâðàùàåò ðàñïðîñòðàíåíèå îøèáî÷íûõ êîäîâ, â ÷àñòíîñòè êîäîâ íàðóøåííîãî ñîñòîÿíèÿ ëèíèè VIOLATION, ëîêàëèçóÿ íåèñïðàâíûé ñåãìåíò ñåòè.  òî æå âðåìÿ, ôèëüòð ïîâòîðåíèé ïîçâîëÿåò ðàñïðîñòðàíÿòüñÿ íåïîâðåæäåííûì èëè èñêàæåííûì êàäðàì. Ïðèìåð 6.1. Ïîëîæèâ, ÷òî ñêîðîñòü ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñâåòà â âîëîêíå ñîîòâåòñòâóåò âåëè÷èíå 5 ìêñ/êì, îöåíèì ëàòåíòíîå âðåìÿ êîëüöà FDDI â ñëåäóþùèõ ñëó÷àÿõ: à) 2 êì è 20 ñòàíöèé, á) 20 êì è 200 ñòàíöèé, â) 100 êì è 500 ñòàíöèé. Ëàòåíòíîå âðåìÿ ñåòè (êîëüöà FDDI) îïðåäåëÿåòñÿ êàê TL = Tp + N × Ts , ãäå Tp – ïîëíàÿ çàäåðæêà èç-çà êîíå÷íîé ñêîðîñòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñâåòà,
N – ÷èñëî ñòàíöèé, Ts – ëàòåíòíîå
âðåìÿ ñòàíöèè: à)
TL = 2 × 5 + 20 × 1 = 30 ìêñ (èëè 3000 áèò);
á)
TL = 20 × 5 + 200 × 1 = 300 ìêñ (30000 áèò);
â)
TL = 100 × 5 + 500 × 1 = 1000 ìêñ (100000 áèò).
Çàìåòèì, ÷òî ëàòåíòíîå âðåìÿ âû÷èñëÿëîñü â ïðåäïîëîæåíèè, ÷òî àêòèâíî òîëüêî ïåðâè÷íîå êîëüöî – ïðè íàëè÷èè âòîðè÷íîãî êîëüöà ëàòåíòíîå âðåìÿ ìîãëî áû óäâîèòñÿ. Ê âîçðàñòàíèþ ëàòåíòíîãî âðåìåíè âåäåò ïîäêëþ÷åíèå âòîðè÷íûõ óñòðîéñòâ ê êîëüöó, íàïðèìåð êîíöåíòðàòîðîâ SAC, èëè ðàáî÷èõ ñòàíöèé SÀS, ïîñêîëüêó óâåëè÷èâàåòñÿ ïóòü äâèæåíèÿ ìàðêåðà – äëèíà ëîãè÷åñêîãî êîëüöà è ÷èñëî óñòðîéñòâ ñåòè. Ïðåäåëüíîå ëàòåíòíîå âðåìÿ ðàâíî 2000 ìêñ, â ñëó÷àå ñâåðòûâàíèÿ êîëüöà.
6.7. Óðîâåíü MAC Âòîðîé óðîâåíü áàçîâîé OSI ìîäåëè – Êàíàëüíûé óðîâåíü. Îí ïîäðàçäåëÿåòñÿ íà ïîäóðîâåíü óïðàâëåíèÿ äîñòóïîì ê ñðåäå MAC è íà ïîäóðîâåíü óïðàâëåíèÿ ëîãè÷åñêèì êàíàëîì LLC. Ïîäóðîâåíü MAC ñîñòàâëÿåò íåîòúåìëåìóþ ÷àñòü ñòàíäàðòà FDDI. Ñòàíäàðòîì MAC äëÿ FDDI îïðåäåëÿþòñÿ ñëåäóþùèå ñëóæáû: •
ñâÿçè ìåæäó ñòàíöèÿìè ïîñðåäñòâîì ïåðåäà÷è ìàðêåðîâ è êàäðîâ;
•
ðàâíîïðàâíîãî óïðàâëåíèÿ äîñòóïîì ê ñðåäå ÷åðåç èñïîëüçîâàíèå âðåìåííîãî ïðîòîêîëà îáðàùåíèÿ ìàðêåðà TTRP (timed token rotation protocol);
•
ñîçäàíèÿ ìàðêåðîâ è êàäðîâ;
•
ïåðåäà÷è, ïîëó÷åíèÿ, ïîâòîðåíèÿ, óäàëåíèÿ êàäðîâ è ìàðêåðîâ èç êîëüöà;
•
ìåõàíèçìîâ îáíàðóæåíèÿ îøèáîê;
•
èíèöèàëèçàöèè êîëüöà;
•
èçîëÿöèè íåèñïðàâíûõ ñòàíöèé è ó÷àñòêîâ êîëüöà è äð.
Ìàðêåðû è êàäðû Ìåæäó ñòàíöèÿìè, îáúåäèíåííûìè â ñåòü FDDI, óñòàíàâëèâàåòñÿ ëîãè÷åñêîå êîëüöî ñâÿçè, ïî êîòîðîìó öèðêóëèðóþò ìàðêåð è êàäðû. Ãëàâíûé ïðèíöèï êîëüöà ñîñòîèò â òîì, ÷òîáû ñòàíöèè ïîâòîðÿëè êàäðû, èäóùèå îò âûøåñòîÿùèõ ñîñåäåé ê íèæåñòîÿùèì. Ãëàâíàÿ ôóíêöèÿ ñòàíöèè – îïðåäåëèòü, êàêàÿ ñòàíöèÿ â äàííûé ìîìåíò èìååò êîíòðîëü äîñòóïà ê ñðåäå. MAC çàíèìàåòñÿ ïëàíèðîâàíèåì ïî ïðåäîñòàâëåíèþ âîçìîæíîñòè ñòàíöèÿì ïåðåäàâàòü äàííûå. Íà ðèñ. 6.20 à ïîêàçàí ôîðìàò êàäðà FDDI. Íàçíà÷åíèÿ ïîëåé ñëåäóþùèå [12]: •
Ïðåàìáóëà PA. Ëþáîé êàäð äîëæåí ïðåäâàðÿòüñÿ ïðåàìáóëîé, ñîñòîÿùåé, êàê ìèíèìóì, èç 16 ñèìâîëîâ idle (I). Ýòà ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ âõîæäåíèÿ â ñèíõðîíèçì ãåíåðàòîðà RCRCLK, îáåñïå÷èâàþùåãî ïðèåì ïîñëåäóþùèõ ñèìâîëîâ êàäðà.
•
Íà÷àëüíûé îãðàíè÷èòåëü SD. Ñîñòîèò èç ïàðû ñèìâîëîâ JK, êîòîðûå ïîçâîëÿþò îäíîçíà÷íî îïðåäåëèòü ãðàíèöû äëÿ îñòàëüíûõ ñèìâîëîâ êàäðà.
•
Ïîëå óïðàâëåíèÿ FC. Èäåíòèôèöèðóåò òèï êàäðà è äåòàëè ðàáîòû ñ íèì. Èìååò 8áèòîâûé ôîðìàò è ïåðåäàåòñÿ ñ ïîìîùüþ äâóõ ñèìâîëîâ. Ñîñòîèò èç ïîäïîëåé, îáîçíà÷àåìûõ êàê CLFFZZZZ, êîòîðûå èìåþò ñëåäóþùåå íàçíà÷åíèå:
140
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
− Ñ – òèï òðàôèêà êàäðà – ñèíõðîííûé (çíà÷åíèå 1) èëè àñèíõðîííûé (çíà÷åíèå 0); − L – äëèíà àäðåñà êàäðà (2 èëè 6 áàéò); − FF – òèï êàäðà, ìîæåò èìåòü çíà÷åíèå 01 äëÿ îáîçíà÷åíèÿ êàäðà LLC (ïîëüçîâàòåëüñêèå äàííûå) èëè 00 äëÿ îáîçíà÷åíèÿ ñëóæåáíîãî êàäðà MAC-óðîâíÿ. Ñëóæåáíûìè êàäðàìè ÌÀÑ-óðîâíÿ ÿâëÿþòñÿ êàäðû òðåõ òèïîâ – êàäðû ïðîöåäóðû èíèöèàëèçàöèè êîëüöà Claim Frame, êàäðû ïðîöåäóðû ñèãíàëèçàöèè î ëîãè÷åñêîé íåèñïðàâíîñòè Beacon Frame è êàäðû ïðîöåäóðû óïðàâëåíèÿ êîëüöîì SMT Frame; − ZZZZ – äåòàëèçèðóåò òèï êàäðà. •
Àäðåñ íàçíà÷åíèÿ DA – èäåíòèôèöèðóåò ñòàíöèþ (óíèêàëüíûé àäðåñ) èëè ãðóïïó ñòàíöèé (ãðóïïîâîé àäðåñ), êîòîðîé(ûì) ïðåäíàçíà÷åí êàäð. Ìîæåò ñîñòîÿòü èç 2-õ èëè 6-òè áàéò.
•
Àäðåñ èñòî÷íèêà SA – èäåíòèôèöèðóåò ñòàíöèþ, ñãåíåðèðîâàâøóþ äàííûé êàäð. Ïîëå äîëæíî áûòü òîé æå äëèíû, ÷òî è ïîëå àäðåñà íàçíà÷åíèÿ.
•
Èíôîðìàöèÿ INFO – îòíîñèòñÿ ê îïåðàöèè, óêàçàííîé â ïîëå óïðàâëåíèÿ. Ïîëå ìîæåò èìåòü äëèíó îò 0 äî 4478 áàéò (îò 0 äî 8956 ñèìâîëîâ). Ñòàíäàðò FDDI äîïóñêàåò ðàçìåùåíèå â ýòîì ïîëå ìàðøðóòíîé èíôîðìàöèè àëãîðèòìà Source Routing, îïðåäåëåííîé â ñòàíäàðòå 802.5. Ïðè ýòîì â äâà ñòàðøèõ ïîëÿ àäðåñà èñòî÷íèêà SA ïîìåùàåòñÿ êîìáèíàöèÿ 102 – ãðóïïîâîé àäðåñ, êîìáèíàöèÿ, íå èìåþùàÿ ñìûñëà äëÿ àäðåñà èñòî÷íèêà, à îáîçíà÷àþùàÿ ïðèñóòñòâèå ìàðøðóòíîé èíôîðìàöèè â ïîëå äàííûõ.
•
Êîíòðîëüíàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü FCS – 32-áèòíàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü, âû÷èñëåííàÿ ïî ñòàíäàðòíîìó ìåòîäó CRC-32, ïðèíÿòîìó è äëÿ äðóãèõ ïðîòîêîëîâ IEEE 802. Êîíòðîëüíàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü îõâàòûâàåò ïîëÿ FC, DA, SA, INFO è FCS.
•
Êîíå÷íûé îãðàíè÷èòåëü ED – ñèìâîë Terminate (T), îáîçíà÷àþùèé ãðàíèöó êàäðà. Îäíàêî çà íèì ðàñïîëàãàþòñÿ åùå ïðèçíàêè ñòàòóñà êàäðà.
•
Ñòàòóñ êàäðà FS. Ïåðâûå òðè ïðèçíàêà â ïîëå ñòàòóñà äîëæíû áûòü èíäèêàòîðàìè îøèáêè (error, E), ðàñïîçíàâàíèÿ àäðåñà (address recognized, A) è êîïèðîâàíèÿ êàäðà (frame copied, C). Êàæäûé èç ýòèõ èíäèêàòîðîâ êîäèðóåòñÿ îäíèì ñèìâîëîì, ïðè÷åì íóëåâîå ñîñòîÿíèå èíäèêàòîðà îáîçíà÷àåòñÿ ñèìâîëîì reset (R), à åäèíè÷íîå – set (S). Ñòàíäàðò ïîçâîëÿåò ïðîèçâîäèòåëÿì îáîðóäîâàíèÿ äîáàâëÿòü ñâîè èíäèêàòîðû ïîñëå òðåõ îáÿçàòåëüíûõ. Ìàðêåð ñîñòîèò, ïî ñóùåñòâó, èç îäíîãî çíà÷àùåãî ïîëÿ – ïîëÿ óïðàâëåíèÿ FC, êîòîðîå ñîäåðæèò â ýòîì ñëó÷àå 1 â ïîëå Ñ è 0000 â ïîëå ZZZZ, ðèñ. 6.20 á. биты
64
8
8
16 или48
16 или 48
Преамбула
SD
FC
DA
SA
SD FC DA SA INFO FCS ED FS
-
0 INFO
32
4
1
FCS
ED
FS
начальный ограничитель (starting delimiter) поле управления (frame control) адрес назначения (destination address) адрес источника (source address) информация контрольная последовательность (frame check sequence) конечный ограничитель (ending delimiter) статус кадра (frame status)
(а) Общий формат кадра
Преамбула
SD
FC
FS
(б) Формат маркера
Ðèñ. 6.20. Ôîðìàòû êàäðà è ìàðêåðà FDDI
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
141
Âðåìåííîé àíàëèç ïðîöåññîâ ïåðåäà÷è ìàðêåðà è êàäðîâ  íà÷àëå ãëàâû ïðèâîäèëèñü îñíîâíûå îòëè÷èÿ ïðîòîêîëà óïðàâëåíèÿ ìàðêåðîì FDDI îò ïðèíÿòîãî â Token Ring. Ðàññìîòðèì íåñêîëüêî ïîäðîáíåé ýòè îòëè÷èÿ, à òàêæå è îñîáåííîñòè ïåðåäà÷è ìàðêåðà è êàäðîâ â FDDI. Ïîñêîëüêó FDDI çàäóìûâàëñÿ êàê ñòàíäàðò, äîïóñêàþùèé ïîñòðîåíèå ïðîòÿæåííûõ ìàãèñòðàëåé, òî íåîáõîäèìî áûëî ïðåäóñìîòðåòü ýôôåêòèâíîñòü ðàáîòû ïðè áîëüøèõ ëàòåíòíûõ âðåìåíàõ ñåòè (â ïðèìåðå 6.1 ïîêàçûâàëîñü, êàê âîçðàñòàåò ëàòåíòíîå âðåìÿ ñåòè ñ ðîñòîì åå ïðîòÿæåííîñòè). Ñòàíäàðò Token Ring ðàçðàáàòûâàëñÿ ïîä èñïîëüçîâàíèå ñåòåé ñ êîëüöåâîé òîïîëîãèåé íåáîëüøîé ïðîòÿæåííîñòè, òî åñòü ñåòåé ñ ìàëûìè ëàòåíòíûìè âðåìåíàìè.  ýòîì ñëó÷àå îñîáîé ðîëè íå èãðàë òîò ôàêò, ÷òî â Token Ring ñòàíöèÿ, ïåðåäàþùàÿ äàííûå è óäåðæèâàþùàÿ ìàðêåð, äîæèäàëàñü, ïîêà ïîñëåäíèé èñïóùåííûé åþ êàäð íå âîçâðàòèòñÿ îáðàòíî ê íåé, ïðîâåðÿëà ïîëå ñòàòóñà êàäðà FS è òîëüêî ïîñëå ýòîãî èñïóñêàëà ìàðêåð äàëüøå ïî êîëüöó. Òàêîé àëãîðèòì ñòàíîâèòñÿ îñîáåííî íåýôôåêòèâíûì, êîãäà â êîëüöåâîé ñåòè ñ áîëüøèì ëàòåíòíûì âðåìåíåì îäíîâðåìåííî æåëàþò ïåðåäàâàòü ìíîãî ñòàíöèé. Ýòî ãëàâíûé íåäîñòàòîê ñòàíäàðòà Token Ring.  ñòàíäàðòå FDDI ñ ó÷åòîì äîïóñòèìîñòè áîëüøèõ ëàòåíòíûõ âðåìåí ñåòè ïðåäóñìîòðåí ìåõàíèçì ðàííåãî èñïóñêàíèÿ ìàðêåðà. Ñòàíöèÿ, óäåðæèâàþùàÿ ìàðêåð, èñïóñêàåò åãî ñðàçó æå âñëåä ïîñëåäíåìó îòïðàâëåííîìó êàäðó (âñëåä çà ïîëåì FS êàäðà), íå äîæèäàÿñü, ïîêà òîò ñîâåðøèò "êðóã ïî÷åòà" ïî êîëüöó. À ýòî îçíà÷àåò, ÷òî äðóãàÿ ñòàíöèÿ, ïîëó÷èâ ìàðêåð, ìîæåò ðàíüøå íà÷àòü ïåðåäà÷ó, ÷òî óâåëè÷èâàåò ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñåòè FDDI. Èç-çà ìåõàíèçìà ðàííåãî èñïóñêàíèÿ ìàðêåðà â êîëüöå ìîãóò îäíîâðåìåííî äâèãàòüñÿ áîëåå îäíîãî êàäðà, èñïóùåííûå îò îäíîé èëè îò ðàçíûõ ñòàíöèé (àäðåñàìè èñòî÷íèêà). Ôðàãìåíòû êàäðîâ. Ñëåäóåò îáðàòèòü âíèìàíèå åùå íà îäíó èíòåðåñíóþ îñîáåííîñòü FDDI. Îñíîâíàÿ ôóíêöèÿ óäàëåíèÿ êàäðà èç êîëüöà âîçëàãàåòñÿ íà ñòàíöèþ-èñòî÷íèê. Ïóñòü ñòàíöèÿ óæå îòïðàâèëà âñå êàäðû, ïðåäíàçíà÷åííûå äëÿ ïåðåäà÷è. Äàëåå îíà äîëæíà èäåíòèôèöèðîâàòü ñâîè êàäðû, êîòîðûå âîçâðàùàþòñÿ ê íåé ïîñëå îáîðîòà ïî êîëüöó, è ëèêâèäèðîâàòü èõ. Ïóñòü ê ýòîìó ìîìåíòó ñòàíöèÿ óæå îñâîáîäèëà ìàðêåð. Äàëåå ñòàíöèÿ ÷èòàåò ïîëå SA – àäðåñ îòïðàâèòåëÿ. Åñëè ýòîò àäðåñ íå ñîâïàäàåò ñ ñîáñòâåííûì àäðåñîì ñòàíöèè, îíà ðåòðàíñëèðóåò êàäð. Ïîìåùåíèå â áóôåð ïðåäûäóùèõ ïîëåé (SD, FC, DA) äî ìîìåíòà âûÿñíåíèÿ, ÷åé êàäð – ïðèâåëî áû ê äîïîëíèòåëüíîé çàäåðæêå ïðè ðåòðàíñëÿöèè ÷óæîãî êàäðà. Ïîýòîìó, ÷òîáû óìåíüøèòü ëàòåíòíîå âðåìÿ ïðåáûâàíèÿ êàäðà íà ñòàíöèè, ñòàíöèÿ íà÷èíàåò ðåòðàíñëèðîâàòü íà÷àëî êàäðà, íå äîæèäàÿñü ïðîâåðêè ïîëÿ SA. Åñëè àäðåñ SA ñîâïàäàåò ñ ñîáñòâåííûì àäðåñîì, òî ñòàíöèÿ ïðåêðàùàåò ïåðåäà÷ó. Òåì ñàìûì â êîëüöå ïîÿâëÿåòñÿ ôðàãìåíò êàäðà – óðåçàííûé íåíóæíûé êàäð. Ôðàãìåíòû ìîãóò óäàëÿòüñÿ ëþáîé ñòàíöèåé, êîòîðàÿ óäåðæèâàåò ìàðêåð, ïîñêîëüêó òàêîé ñòàíöèè ïðåäîñòàâëÿþòñÿ áîëüøèå âîçìîæíîñòè ïî áóôåðèçàöèè âõîäíûõ äàííûõ, ïîêà îíà ñàìà ïåðåäàåò ñâîè êàäðû. Ïîÿâëåíèå ôðàãìåíòîâ êàäðîâ õàðàêòåðíî äëÿ ïðîòÿæåííûõ ñåòåé è ñåòåé, â êîòîðûõ ñòàíöèè ïåðåäàþò êîðîòêèå êàäðû, êîãäà êàäð íå óñïåâàåò âîçâðàòèòüñÿ îáðàòíî ê ñòàíöèè-èñòî÷íèêó ïîñëå òîãî, êàê ýòà ñòàíöèÿ âûïóñêàåò ìàðêåð, ïðèìåð 6.2. Ïðèìåð 6.2. Îöåíèòü äëèíó (êì), êîòîðóþ çàíèìàåò, ðàñïðîñòðàíÿÿñü â âîëîêíå (à) ìàðêåð, (á) êàäð FDDI äëèííîé 100 áàéò, (â) êàäð FDDI ìàêñèìàëüíîé äëèíû (4500 áàéòà). Ñêîðîñòü ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñâåòà â âîëîêíå ïîëîæèòü ñîîòâåòñòâóþùåé âåëè÷èíå 5 ìêñ/êì. Ïðè ñêîðîñòè ïåðåäà÷è 100 Ìáèò/c íà ïåðåäà÷ó îäíîãî áèòà òðåáóåòñÿ âðåìÿ 0,01 ìêñ, íà ïåðåäà÷ó îäíîãî áàéòà âðåìÿ 0,08 ìêñ, è íà ïåðåäà÷ó n áàéò âðåìÿ 0,08n ìêñ. Äëèíà ïóòè ñâåòà, ñîîòâåòñòâóþùàÿ ýòîìó âðåìåíè, áóäåò 0,08n/5 êì = 0,016n êì. (a) ìàðêåð ñ ó÷åòîì ïðåàìáóëû èìååò äëèíó 81 áèò èëè 10,125 áàéò. Îòñþäà L = 0,162 êì; (á) L = 0,016 õ 100 = 1,6 êì; (â) L = 0,016 õ 4500 = 72 êì. Âðåìåííîé ïðîòîêîë îáðàùåíèÿ ìàðêåðà TTRP (timed token rotation protocol).  FDDI êàæäàÿ ñòàíöèÿ âû÷èñëÿåò âðåìÿ îáðàùåíèÿ ìàðêåðà TRT (token rotation time), òî÷íåå, âðåìåííîé èíòåðâàë ìåæäó äâóìÿ ïîñëåäîâàòåëüíûìè ïðèåìàìè ìàðêåðà, ÷òî âêëþ÷àåò â ñåáÿ âðåìåíà, òðåáóåìûå íà ïåðåäà÷ó âñåõ êàäðîâ îò âñåõ ñòàíöèé, âêëþ÷àÿ èñõîäíóþ ñòàíöèþ. ßñíî, ÷òî ïðè ñëàáîé çàãðóæåííîñòè êîëüöà TRT ìàëî, è íàîáîðîò. Òî åñòü TRT ìîæåò ñëóæèòü ìåðîé çàãðóæåííîñòè êîëüöà. Òàêæå âñå ñòàíöèè èìåþò ïðåäóñòàíîâëåííîå îäíî è òî æå çíà÷åíèå äðóãîãî íå èçìåíÿþùåãîñÿ âî âðåìÿ ðàáîòû ñåòè âðåìåííîãî ïàðàìåòðà – òðåáóåìîãî âðåìåíè îáðàùåíèÿ ìàðêåðà TTRT (target token rotation time), êîòîðîå äîëæíî íàõîäèòüñÿ â ïðåäåëàõ îò 4 ìñ äî 165 ìñ. Îá ýòîì åäèíîì äëÿ âñåõ çíà÷åíèè TTRT ñòàíöèè äîãîâàðèâàþòñÿ åùå íà ýòàïå èíèöèàëèçàöèè êîëüöà. Ïðè ýòîì â ðàáî÷åì ñîñòîÿíèè äåéñòâóåò ñëåäóþùåå îñíîâíîå ïðàâèëî: ñòàíöèÿ ìîæåò óäåðæèâàòü ìàðêåð è ïåðåäàâàòü äàííûå â òå÷åíèè âðåìå142
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
íè
óäåðæàíèÿ
ìàðêåðà THT (token holding time), êîòîðîå îïðåäåëÿåòñÿ êàê Åñëè THT ïîëîæèòåëüíî, òî ïî ïðèõîäó ìàðêåðà ñòàíöèÿ ìîæåò ïåðåäàâàòü äàííûå. Åñëè æå THT îòðèöàòåëüíî, ñòàíöèÿ, äàæå åñëè îíà õî÷åò ïåðåäàâàòü, äîëæíà âûñâîáîäèòü ïîëó÷åííûé ìàðêåð è îæèäàòü áîëåå ïðèåìëåìûõ óñëîâèé ïðè ñëåäóþùåì ïðèõîäå ìàðêåðà. Íåñìîòðÿ íà ýòî êàæóùååñÿ íåóäîáñòâî, ïðîòîêîë TTRP î÷åíü ýôôåêòèâåí è ïðåäîñòàâëÿåò ðàâíûå ïðàâà íà ïåðåäà÷ó äàííûõ ïðè óñëîâèè, ÷òî àäìèíèñòðàòîðîì óñòàíîâëåíû îäèíàêîâûå çíà÷åíèÿ TTRT íà ñòàíöèÿõ. Íà ðèñ. 6.21 ïîêàçàí ïðèìåð ðàáîòû ïðîòîêîëà, êîãäà â êîëüöå ñ ïîëíûì ëàòåíòíûì âðåìåíåì TL ðàñïîëîæåíî òðè ðàâíîóäàëåííûõ äðóã îò äðóãà ñòàíöèè ñ îäèíàêîâûì óñòàíîâ-
THT = TTRT − TRT .
ëåííûì çíà÷åíèåì TTRT.  äàëüíåéøèõ âûêëàäêàõ áóäåì ïðåíåáðåãàòü âðåìåíåì, òðåáóåìûì íà ïåðåäà÷ó ìàðêåðà. TTRT THT
Обозначения: Пришел маркер, и станция может передавать кадры - ранний маркер (early token) Пришел маркер, но станция не может передавать - поздний маркер (late token) Идет передача кадров
Ðèñ. 6.21. Âðåìåííîé àíàëèç ïðîöåññà ïåðåäà÷è ìàðêåðà è äàííûõ äëÿ òðåõ ñòàíöèé
Ïóñòü ñíà÷àëà íè îäíà èç ñòàíöèé íå ïåðåäàâàëà äàííûå, è ìàðêåð ñâîáîäíî öèðêóëèðîâàë îò ñòàíöèè ê ñòàíöèè. Íî â ìîìåíò âðåìåíè t 0 âñå òðè ñòàíöèè æåëàþò íà÷àòü ïðîäîëæèòåëüíóþ ïåðåäà÷ó. Ïîñêîëüêó â ýòîò ìîìåíò ìàðêåð ïðèõîäèò íà ñòàíöèþ 1, îíà ñòàíîâèòñÿ ïðåòåíäåíòîì íîìåð 1 íà ïåðåäà÷ó äàííûõ. Ñòàíöèÿ 1 âû÷èñëÿåò âðåìÿ îáðàùåíèÿ ìàðêåðà TRT ìåæäó äâóìÿ ïîñëåäóþùèìè ïðèõîäàìè, êîòîðîå ðàâíî TL . Çàòåì îíà âû÷èñëÿåò äîïóñòèìîå âðåìÿ ïåðåäà÷è THT, êîòîðîå ðàâíî
TTRT − TL ,
âûïîëíÿåò ïåðåäà÷ó â òå÷åíèå ýòîãî
âðåìåíè è èñïóñêàåò ìàðêåð. Ìàðêåð ïðèõîäèò íà ñòàíöèþ 2, êîòîðàÿ òàêæå âû÷èñëÿåò âðåìÿ, äîïóñòèìîå íà ïåðåäà÷ó. Îíî îêàçûâàåòñÿ ðàâíûì 0, òàê êàê âû÷èñëåííîå âðåìÿ TRT ðàâíî TTRT. Ïî òîé æå ïðè÷èíå ñòàíöèè 3 è 1 òàêæå íå ìîãóò ïåðåäàâàòü. Òîëüêî â ìîìåíò t 1 = t 0 + TTRT + TL 3 ñòàíöèÿ 2 ïîëó÷èò âîçìîæíîñòü ïåðåäàâàòü. Ñòàíöèÿ 3 ïîëó÷èò âîç-
t 2 = t 0 + 2TTRT + 2TL 3 , à ñòàíöèÿ 1 âíîâü ïîëó÷èò âîçìîæíîñòü ïåðåäàâàòü â ìîìåíò t 3 = t 0 + 3TTRT + 3TL 3 = t 0 + 3TTRT + TL , è ò.ä., ïðè÷åì êàæäàÿ ñòàíöèÿ ìîæåò ïåðåäàâàòü â òå÷åíèå âðåìåíè TTRT − TL .
ìîæíîñòü ïåðåäàâàòü â ìîìåíò:
Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü òàêîé ñåòè U ìîæíî ðàññ÷èòàòü êàê îòíîøåíèå âðåìåíè, â òå÷åíèå êîòîðîãî âåëàñü ïåðåäà÷à â ïðîìåæóòêå îò t 0 äî t 3 , ê ýòîìó ïðîìåæóòêó âðåìåíè:
U=
3(TTRT − TL ) 3TTRT + TL
[11].
 îáùåì ñëó÷àå äëÿ n ñòàíöèé ïðîèçâîäèòåëüíîñòü îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå [12]:
U=
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
n (TTRT − TL ) TTRT − TL ≈ nTTRT + TL TTRT
.
143
 ïðàâîé ÷àñòè âûðàæåíèÿ ìû ïðåíåáðåãëè ìàëîé âåëè÷èíîé
TL
ïî ñðàâíåíèþ ñ
nTTRT â çíàìåíàòåëå. Èç ôîðìóëû âèäíî, ÷òî ïðè ôèêñèðîâàííîì çíà÷åíèè ëàòåíòíîãî âðåìåíè ïðîèçâîäèòåëüíîñòü áóäåò âîçðàñòàòü ñ ðîñòîì TTRT. Óâåëè÷åíèå TTRT âåäåò ê óìåíüøåíèþ ïðîöåññîâ ïåðåêëþ÷åíèé êîëüöà â åäèíèöó âðåìåíè, êîãäà ìàðêåð ïåðåõîäèò îò ñòàíöèè ê ñòàíöèè. Ïðåäûäóùåå óïðîùåííîå ðàññìîòðåíèå ïðåäïîëàãàëî íàëè÷èå îäíîãî âèäà òðàôèêà. Îäíàêî äëÿ ñòàíäàðòà FDDI ïðåäóñìîòðåíà ïåðåäà÷à êàäðîâ äâóõ òèïîâ òðàôèêà – ñèíõðîííîãî è àñèíõðîííîãî [13]. Ñèíõðîííûé òðàôèê ïðåäíàçíà÷åí äëÿ ïðèëîæåíèé, êîòîðûå òðåáóþò ïðåäîñòàâëåíèÿ èì ãàðàíòèðîâàííîé ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòè (äëÿ ïåðåäà÷è ãîëîñà, âèäåîèçîáðàæåíèÿ, óïðàâëåíèÿ ïðîöåññàìè è äðóãèõ ñëó÷àåâ ðàáîòû â ðåàëüíîì âðåìåíè). Äëÿ òàêîãî òðàôèêà êàæäîé ñòàíöèè ïðåäîñòàâëÿåòñÿ ôèêñèðîâàííàÿ íåáîëüøàÿ ÷àñòü ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòè êîëüöà FDDI, ïîýòîìó ñòàíöèÿ èìååò ïðàâî ïåðåäàâàòü êàäðû ñèíõðîííîãî òðàôèêà â òå÷åíèå îïðåäåëåííîãî âðåìåíè Tsynch âñåãäà, êîãäà îíà ïîëó÷àåò ìàðêåð îò ïðåäûäóùåé ñòàíöèè. Àñèíõðîííûé òðàôèê – ýòî îáû÷íûé òðàôèê ëîêàëüíûõ ñåòåé, íå ïðåäúÿâëÿþùèé âûñîêèõ òðåáîâàíèé ê çàäåðæêàì îáñëóæèâàíèÿ. Ñòàíöèÿ ìîæåò ïåðåäàâàòü àñèíõðîííûå êàäðû òîëüêî â òîì ñëó÷àå, åñëè ïðè ïîñëåäíåì îáîðîòå ìàðêåðà ïî êîëüöó äëÿ ýòîãî îñòàëàñü êàêàÿ-ëèáî ÷àñòü íåèçðàñõîäîâàííîé ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòè. Ñ ó÷åòîì âîçìîæíîñòè ïåðåäà÷è äâóõ âèäîâ òðàôèêà, âðåìåíåì óäåðæàíèÿ ìàðêåðà THT ïðàâèëüíåé íàçûâàòü èíòåðâàë âðåìåíè, â òå÷åíèå êîòîðîãî ñòàíöèÿ ìîæåò ïåðåäàâàòü àñèíõðîííûå êàäðû. Ýòî âðåìÿ ñ ó÷åòîì ïîïðàâêè íà ñèíõðîííûé òðàôèê îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå THT = TTRT − TRT − Tsynch . Èçîõðîííûé òðàôèê è ñòàíäàðò FDDI-II. Ñèíõðîííûé òðàôèê íå óäîâëåòâîðÿåò áîëåå æåñòêèì òðåáîâàíèÿì ñèíõðîííîé ïåðåäà÷è, òàêèì êàê: âåëè÷èíà âàðèàöèé çàäåðæêè èëè äðîæàíèå. Äëÿ ýòîé öåëè áûëî ðàçðàáîòàíî ðàñøèðåíèå ñòàíäàðòà FDDI, êîòîðîå ïîëó÷èëî íàçâàíèå FDDI-II. Ôàêòè÷åñêè ñòàíöèÿ, ïîääåðæèâàþùàÿ ýòîò ñòàíäàðò, ìîæåò ðàáîòàòü â äâóõ ðåæèìàõ: â òðàäèöèîííîì ðåæèìå (îñíîâíàÿ ìîäà) è â ðåæèìå FDDI-II (ãèáðèäíàÿ ìîäà).  ïîñëåäíåì ñëó÷àå âçàèìîäåéñòâèå ñòàíöèé áîëüøå íàïîìèíàåò àñèíõðîííóþ TDM ìàãèñòðàëü (ñì. ãë. 5). Ïî ñóòè äåëà, FDDI-II îêàçàëñÿ ñîâåðøåííî äðóãèì ñòàíäàðòîì, ïëîõî ñîâìåñòèìûì ñî ñòàíäàðòîì FDDI. Ïî ýòîé ïðè÷èíå îí íå ïîëó÷èë áîëüøîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ è çäåñü íå ðàññìàòðèâàåòñÿ.
Ìîíèòîðèíã è èíèöèàëèçàöèÿ êîëüöà Âñå âìåñòå ñòàíöèè ñåòè âåäóò íåïðåðûâíûé ðàñïðåäåëåííûé ìîíèòîðèíã ðàáîòû êîëüöà.  ñëó÷àå îáíàðóæåíèÿ îøèáîê èëè ïîïûòêè èõ êîððåêöèè, ïðè âêëþ÷åíèè íîâîé ñòàíöèè â êîëüöî è ïðè âûõîäå ñòàíöèè èç êîëüöà, ïðè îáíàðóæåíèè êàêîé-ëèáî ñòàíöèåé ôàêòà óòåðè ìàðêåðà (ìàðêåð ñ÷èòàåòñÿ óòåðÿííûì, åñëè ñòàíöèÿ íå ïîëó÷àåò åãî â òå÷åíèå óäâîåííîãî âðåìåíè TTRT), ïðè îáíàðóæåíèè äëèòåëüíîãî îòñóòñòâèÿ àêòèâíîñòè â êîëüöå, êîãäà ñòàíöèÿ â òå÷åíèå îïðåäåëåííîãî âðåìåíè íå íàáëþäàåò ïðîõîäÿùèõ ÷åðåç íåå êàäðîâ äàííûõ, ïî êîìàíäå îò áëîêà óïðàâëåíèÿ ñòàíöèåé SMT áóäóò èìåòü ìåñòî òðè ñëåäóþùèõ ïðîöåññà: •
ïðîöåññ çàÿâëåíèé ïî çàïóñêó ìàðêåðà (claim token process);
•
ïðîöåññ çàïóñêà ìàðêåðà è èíèöèàëèçàöèè êîëüöà (initialization process);
•
ïðîöåññ ñèãíàëèçàöèè, íà îñíîâàíèè êîòîðîãî ïðîèñõîäèò èçîëÿöèÿ íåèñïðàâíîãî ó÷àñòêà êàáåëÿ èëè èñêëþ÷åíèå íåèñïðàâíîé ñòàíöèè èç êîëüöà (beacon process).
Ïðîöåññ çàÿâëåíèé ïî çàïóñêó ìàðêåðà. Âî âðåìÿ ýòîãî ïðîöåññà âûðàáàòûâàåòñÿ åäèíîå äëÿ âñåõ ñòàíöèé âðåìÿ TTRT, è îïðåäåëÿåòñÿ ñòàíöèÿ, êîòîðàÿ áóäåò çàïóñêàòü ìàðêåð. Îáû÷íî ýòî ïðàâî ïîëó÷àåò ñòàíöèÿ ñ ìåíüøèì çíà÷åíèåì âûñòàâëÿåìîãî âíà÷àëå âðåìåíè TTRT.  òå÷åíèå ýòîãî ïðîöåññà êàæäàÿ ñòàíöèÿ íåïðåðûâíî ïåðåäàåò íàõîäÿùåéñÿ íèæå ïî òå÷åíèþ ñòàíöèè ñïåöèàëüíûå çàÿâèòåëüíûå êàäðû, ñîäåðæàùèå àäðåñ èñòî÷íèêà êàäðà è çàÿâëåííîå çíà÷åíèå TTRT, è îäíîâðåìåííî ïðîñëóøèâàåò ïîëó÷åííûå îò âûøåñòîÿùåé ñòàíöèè àíàëîãè÷íûå êàäðû. Ïðè ýòîì îíà ëèáî ðåòðàíñëèðóåò ïîëó÷åííûå êàäðû, îáíîâëÿÿ ñîáñòâåííîå çíà÷åíèå ïàðàìåòðà TTRT, ëèáî ïðîäîëæàåò ïåðåäàâàòü ñâîè. Ïðåèìóùåñòâî èìåþò êàäðû ñ ìåíüøèì çíà÷åíèåì TTRT. Ïðè ðàâíîì çíà÷åíèè TTRT ïðåèìóùåñòâî èìåþò êàäðû ñ áîëüøèì çíà÷åíèåì MAC-àäðåñà. Ïðîöåññ çàÿâëåíèé ïðåêðàùàåòñÿ, êîãäà ñòàíöèÿ ïîëó÷àåò ñâîé ñîáñòâåííûé çàÿâëåííûé êàäð (çàìåòèì, ÷òî ê ýòîìó ìîìåíòó âðåìÿ TTRT óñòàíàâëèâàåòñÿ íà âñåõ ñòàíöèÿõ îäíî è òîæå). Ýòà ñòàíöèÿ íà÷èíàåò ïðîöåññ èíèöèàëèçàöèè êîëüöà.
144
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Ïðîöåññ çàïóñêà ìàðêåðà è èíèöèàëèçàöèÿ êîëüöà. Ñòàíöèÿ, êîòîðàÿ âûèãðàëà ïðîöåññ çàÿâëåíèé, çàïóñêàåò ìàðêåð â êîëüöî. Âñå îñòàëüíûå ñòàíöèè, ïîëó÷àÿ ìàðêåð, ïðåêðàùàþò ïðîöåññ çàÿâëåíèé è ðåòðàíñëèðóþò ìàðêåð. Íà ïåðâîì îáîðîòå ìàðêåðà íè îäíà èç ñòàíöèé, ïîëó÷àÿ ìàðêåð, íå ìîæåò ïåðåäàâàòü êàäðû äàííûõ, à òîëüêî ïåðåõîäèò èç ñîñòîÿíèÿ èíèöèàëèçàöèè â ðàáî÷åå ñîñòîÿíèå è ïåðåóñòàíàâëèâàåò ñâîé ñ÷åò÷èê âðåìåíè TRT. Ñî âòîðîãî îáîðîòà ìàðêåðà êîëüöî ðàáîòîñïîñîáíî. Ïðîöåññ ñèãíàëèçàöèè.  ñëó÷àå ïîâðåæäåíèé êîëüöà, íàïðèìåð ðàçðûâà êîëüöà, ïðîöåññ çàÿâëåíèé íå ìîæåò çàâåðøèòüñÿ, ïîñêîëüêó íåò ëîãè÷åñêîãî êîëüöà. Ïîñëå èñòå÷åíèÿ òàéìàóòà (â êà÷åñòâå ïðåäåëüíîãî çíà÷åíèÿ âûáèðàåòñÿ ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîå âðåìÿ îáîðîòà ìàðêåðà 165 ìñ), ñòàíöèè ïðåêðàùàþò ïðîöåññ çàÿâëåíèé è íà÷èíàþò ïåðåäàâàòü ñïåöèàëüíûå ñèãíàëüíûå êàäðû. Ñèãíàëüíûå êàäðû ïåðåäàþòñÿ êàê â ïåðâè÷íîå, òàê è âî âòîðè÷íîå êîëüöà. Ñòàíöèÿ, ïîëó÷àþùàÿ òàêîé ñèãíàëüíûé êàäð, ïûòàåòñÿ åãî ðåòðàíñëèðîâàòü. Ïðîöåññ ñèãíàëèçàöèè ïðåêðàùàåòñÿ, êîãäà îäíà èç ñòàíöèé ïîëó÷àåò ñâîé ñîáñòâåííûé ñèãíàëüíûé êàäð, ÷òî îçíà÷àåò óñòàíîâëåíèå ëîãè÷åñêîãî êîëüöà. Ýòà ñòàíöèÿ íà÷èíàåò ïðîöåññ çàÿâëåíèé ïî çàïóñêó ìàðêåðà. Îáùàÿ ñõåìà ïðîöåññà èíèöèàëèçàöèè êîëüöà ïîêàçàíà íà ðèñ. 6.22.
Вышестоящий MAC
Сигнализирующий (beaconing) MAC
(5) Воспроизведение полученных сигнальных кадров
Нижестоящий MAC
(2) Воспроизведение полученных (1) Передача сигнальных кадров сигнальных кадров (beacon frames) (6) Получение собственного сигнального кадра (7) Передача заявленных кадров (claim frames) (9) Получение claim кадра более высокого приоритета (10) Воспроизведение полученного кадра
Другой MAC (4) Воспроизведение полученных сигнальных кадров
Победитель процесса заявлений (claim winner) (3) Воспроизведение полученных сигнальных кадров (8) Передача заявленных кадров (claim frames) (11) Получение собственного заявленного кадра (own claim frame) (12) Запуск маркера в логическое кольцо
Ðèñ. 6.22. Ýòàïû èíèöèàëèçàöèè ëîãè÷åñêîãî êîëüöà FDDI [12]
6.8. Îáçîð óðîâíÿ SMT Êðîìå ñïåöèôèêàöèé óðîâíåé PHY, PMD è ÌÀÑ, ñòàíäàðò FDDI îïðåäåëÿåò òàêæå ñïåöèôèêàöèþ óðîâíÿ óïðàâëåíèÿ ñòàíöèåé SMT (station management). Ýòà ñïåöèôèêàöèÿ îïðåäåëÿåò ôóíêöèè, êîòîðûå äîëæåí âûïîëíÿòü êàæäûé óçåë â ñåòè FDDI. SMT êîíòðîëèðóåò è óïðàâëÿåò âñåìè ïðîöåññàìè êàíàëüíîãî è ôèçè÷åñêîãî óðîâíåé, ïðîòåêàþùèìè â îòäåëüíîé ñòàíöèè. Êðîìå òîãî, ïðîöåññ SMT êàæäîé ñòàíöèè âçàèìîäåéñòâóåò ñ àíàëîãè÷íûìè ïðîöåññàìè äðóãèõ ñòàíöèé äëÿ òîãî, ÷òîáû ñëåäèòü è êîîðäèíèðîâàòü âñå îïåðàöèè â êîëüöå FDDI.  ýòîì ñëó÷àå SMT ïðèíèìàåò ó÷àñòèå â ðàñïðåäåëåííîì îäíîðàíãîâîì óïðàâëåíèè êîëüöîì [6]. Ñïåöèôèêàöèÿ SMT îïðåäåëÿåò òðè ãëàâíûõ ñîñòàâëÿþùèå (ðèñ. 6.23): •
óïðàâëåíèå ñîåäèíåíèÿìè CMT (connection management);
•
óïðàâëåíèå êîëüöîì RMT (ring management);
•
óïðàâëåíèå, îñíîâàííîå íà ïåðåäà÷å êàäðîâ FBM (frame-based management).
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
145
Óïðàâëåíèå ñîåäèíåíèÿìè CMT Êîìïîíåíò CMT îòâåòñòâåíåí çà êîíôèãóðèðîâàíèå ïîðòîâ ñòàíöèé è ïîäðàçäåëÿåòñÿ íà: •
Óïðàâëåíèå êîîðäèíàöèåé îáúåêòîâ ECM (entity coordination management) – ñëåäèò çà àêòèâíîñòüþ êîìïîíåíòîâ âíóòðè CMT, à òàêæå îñóùåñòâëÿåò ïðÿìîé êîíòðîëü çà îïòè÷åñêèì îáõîäíûì ïåðåêëþ÷àòåëåì, åñëè òîò ïðèñóòñòâóåò. Íà ñòàíöèè èìååò ìåñòî òîëüêî îäèí ïðîöåññ ECM;
•
Óïðàâëåíèå ôèçè÷åñêèì ñîåäèíåíèåì PCM (physical connection management) – êîíòðîëèðóåò àêòèâíîñòü ñîîòâåòñòâóþùèõ ïîðòîâ è êàíàëîâ ñâÿçè ñ óäàëåííûìè ïîðòàìè ñîñåäíèõ ñòàíöèé. Îäèí ïðîöåññ PCM èìååò ìåñòî â ðàñ÷åòå íà îäèí ïîðò;
•
Óïðàâëåíèå êîíôèãóðàöèåé CFM (configuration management) – êîíòðîëèðóåò ñîñòîÿíèå êîíôèãóðàöèîííûõ êîíòðîëüíûõ ýëåìåíòîâ CCE (configuration control element). Íà êàæäûé MAC è êàæäûé ôèçè÷åñêèé ïîðò ïðèõîäèòñÿ ïî îäíîìó ýëåìåíòó CCE.
FBM управление, основанное на кадрах
m x RMT управление кольцом
m x MAC
(p+m) x CFM управление конфигурацией 1 x ECM управление координацией объектов
(p+m) x CCE элементы контроля конфигурации
p x PCM управление физическим соединением
CMT управление соединениями
p x PHY
p x PMD
SMT Обозначения: m - количество различных MAC p - количество физических портов
Ðèñ. 6.23. Ñîñòàâëÿþùèå óðîâíÿ SMT
Óïðàâëåíèå êîëüöîì RMT Äëÿ âûïîëíåíèÿ ñâîèõ ôóíêöèé óçåë RMT âçàèìîäåéñòâóåò ñ ëîêàëüíûì óçëîì ÌÀÑ, ñ óçëîì óïðàâëåíèÿ ñîåäèíåíèÿìè CMT, à òàêæå ñ äðóãèìè óçëàìè SMT ñòàíöèè. Óçåë RMT âûïîëíÿåò ñëåäóþùèå ôóíêöèè. Óâåäîìëåíèå î ñòàòóñå è íàëè÷èè ëîêàëüíîãî ÌÀÑ-óçëà. RMT íåñåò îòâåòñòâåííîñòü çà óâåäîìëåíèå äðóãèõ óçëîâ SMT î: •
äîñòóïíîñòè ÌÀÑ-óçëà äëÿ ïåðåäà÷è è ïðèåìà êàäðîâ è ìàðêåðà;
•
íà÷àëå èëè çàâåðøåíèè ïðîöåññà Beacon â ëîêàëüíîì óçëå;
•
îáíàðóæåíèè ôàêòà äóáëèðîâàíèÿ ÌÀÑ-àäðåñà;
146
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
•
ñòàðòå ôóíêöèè Trace, ïîçâîëÿþùåé óçëó âûéòè èç ñîñòîÿíèÿ ïîñòîÿííîé ãåíåðàöèè êàäðîâ ñèãíàëèçàöèè î íåèñïðàâíîñòè (ñîñòîÿíèå Stuck Beacon);
•
íåðàáîòîñïîñîáíîñòè êîëüöà â òå÷åíèå äëèòåëüíîãî âðåìåíè.
Ïðîöåññ ñèãíàëèçàöèè è âûõîä èç íåãî. Ïðîöåññ ñèãíàëèçàöèè èñïîëüçóåòñÿ äëÿ èçîëÿöèè ñåðüåçíûõ ïîâðåæäåíèé êîëüöà. Óçåë ÌÀÑ íà÷èíàåò ïðîöåññ Beacon â ñëåäóþùèõ ñèòóàöèÿõ: •
ïðîöåññ èíèöèàëèçàöèè êîëüöà Claim Token íå çàâåðøèëñÿ çà îòâåäåííîå åìó âðåìÿ;
•
óçåë SMT ïåðåäàë óçëó MAC êîìàíäó íà èíèöèàöèþ ïðîöåññà Beacon.
Óïðàâëåíèå, îñíîâàííîå íà ïåðåäà÷å êàäðîâ FBM Ýòîò êîìïîíåíò SMT ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå âûñîêîóðîâíåâûì, òàê êàê äëÿ åãî ðàáîòû òðåáóåòñÿ, ÷òîáû êîëüöî íàõîäèëîñü â ðàáîòîñïîñîáíîì ñîñòîÿíèè è ìîãëî ïåðåäàâàòü ìåæäó ñòàíöèÿìè êàäðû. Ñïåöèôèêàöèÿ FBM îïðåäåëÿåò áîëüøîå êîëè÷åñòâî òèïîâ êàäðîâ, êîòîðûìè îáìåíèâàþòñÿ ñòàíöèè: •
Êàäðû èíôîðìàöèè î ñîñåäñòâå NIF ïîçâîëÿþò ñòàíöèè âûÿñíèòü àäðåñà åå ïðåäøåñòâóþùåãî è ïîñëåäóþùåãî ñîñåäåé, âûÿñíèòü íàëè÷èå äóáëèðîâàííûõ àäðåñîâ, à òàêæå ïðîâåðèòü ðàáîòîñïîñîáíîñòü ñâîåãî ÌÀÑ-óçëà ïðè îòñóòñòâèè äðóãîãî òðàôèêà. Èíôîðìàöèÿ îá àäðåñàõ ñîñåäåé ìîæåò áûòü ñîáðàíà óïðàâëÿþùåé ñòàíöèåé äëÿ ïîñòðîåíèÿ ëîãè÷åñêîé êàðòû êîëüöà.
•
Êàäðû èíôîðìàöèè î ñòàòóñå SIF èñïîëüçóþòñÿ ñòàíöèåé äëÿ ïåðåäà÷è çàïðîñà î êîíôèãóðàöèè è îïåðàöèîííûõ ïàðàìåòðàõ äðóãîé ñòàíöèè. Ñ ïîìîùüþ êàäðîâ SIF çàïðàøèâàþòñÿ è ïåðåäàþòñÿ, íàïðèìåð, äàííûå î ñîñòîÿíèè ñòàíöèè, çíà÷åíèè ñ÷åò÷èêà êàäðîâ, ïðèîðèòåòàõ êàäðîâ, èäåíòèôèêàòîðå ïðîèçâîäèòåëÿ.
•
Êàäðû îò÷åòà î ñòàòóñå SRF ïîçâîëÿþò ñòàíöèè ïåðèîäè÷åñêè ïîñûëàòü ïî êîëüöó èíôîðìàöèþ î ñâîåì ñîñòîÿíèè, êîòîðàÿ ìîæåò áûòü èíòåðåñíà ñòàíöèè óïðàâëåíèÿ êîëüöîì. Ýòî ìîæåò áûòü, íàïðèìåð, èíôîðìàöèÿ îá èçìåíåíèè ñîñòîÿíèÿ ñòàíöèè, î íåæåëàòåëüíûõ ñîåäèíåíèÿõ, î ñëèøêîì âûñîêîé èíòåíñèâíîñòè îøèáî÷íûõ êàäðîâ.
•
Êàäðû óïðàâëåíèÿ ïàðàìåòðàìè PMF èñïîëüçóþòñÿ ñòàíöèåé äëÿ ÷òåíèÿ èëè çàïèñè çíà÷åíèé ïàðàìåòðîâ áàçû äàííûõ óïðàâëÿþùåé èíôîðìàöèè SMT MIB.
•
Ýõî-êàäðû ECF ïîçâîëÿþò ñòàíöèè ïðîâåðèòü ñâÿçü ñ ëþáîé ñòàíöèåé êîëüöà.
6.9. Ïîñòðîåíèå ñåòåé FDDI Êîãäà ðåêîìåíäóåòñÿ èñïîëüçîâàòü òåõíîëîãèþ FDDI Ïðåèìóùåñòâîì òåõíîëîãèè FDDI ÿâëÿåòñÿ ñî÷åòàíèå íåñêîëüêèõ î÷åíü âàæíûõ äëÿ ëîêàëüíûõ ñåòåé ñâîéñòâ: •
âûñîêàÿ ñòåïåíü îòêàçîóñòîé÷èâîñòè;
•
ñïîñîáíîñòü ïîêðûâàòü çíà÷èòåëüíûå òåððèòîðèè, âïëîòü äî òåððèòîðèé êðóïíûõ ãîðîäîâ;
•
âûñîêàÿ ñêîðîñòü îáìåíà äàííûìè;
•
äåòåðìèíèðîâàííûé äîñòóï, ïîçâîëÿþùèé ïåðåäàâàòü ÷óâñòâèòåëüíûå ê çàäåðæêàì ïðèëîæåíèÿ;
•
ãèáêèé ìåõàíèçì ðàñïðåäåëåíèÿ ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòè êîëüöà ìåæäó ñòàíöèÿìè;
•
âîçìîæíîñòü ðàáîòû ïðè êîýôôèöèåíòå çàãðóçêè êîëüöà, áëèçêîì ê åäèíèöå;
•
âîçìîæíîñòü ëåãêîé òðàíñëÿöèè òðàôèêà FDDI â òðàôèêè òàêèõ ïîïóëÿðíûõ ïðîòîêîëîâ, êàê Ethernet è Token Ring çà ñ÷åò ñîâìåñòèìîñòè ôîðìàòîâ àäðåñîâ ñòàíöèé è èñïîëüçîâàíèÿ îáùåãî ïîäóðîâíÿ LLC.
Ïîêà FDDI – ýòî åäèíñòâåííàÿ òåõíîëîãèÿ, êîòîðîé óäàëîñü îáúåäèíèòü âñå ïåðå÷èñëåííûå ñâîéñòâà.  äðóãèõ òåõíîëîãèÿõ ýòè ñâîéñòâà òàêæå âñòðå÷àþòñÿ, íî íå â ñîâîêóïíîñòè. Òàê, òåõíîëîãèÿ Fast Ethernet òàêæå îáëàäàåò ñêîðîñòüþ ïåðåäà÷è äàííûõ 100 Ìáèò/ñ, íî îíà íå ïîçâîëÿåò âîññòàíàâëèâàòü ðàáîòó ñåòè ïîñëå îäíîêðàòíîãî îáðûâà êàáåëÿ è íå äàåò âîçìîæíîñòè ðàáîòàòü ïðè áîëüøîì êîýôôèöèåíòå çàãðóçêè ñåòè (åñëè íå ïðèíèìàòü âî âíèìàíèå êîììóòàöèþ Fast Ethernet).
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
147
Ê íåäîñòàòêàì ñëåäóåò îòíåñòè îäèí – âûñîêóþ ñòîèìîñòü îáîðóäîâàíèÿ. Çà óíèêàëüíîå ñî÷åòàíèå ñâîéñòâ ïðèõîäèòñÿ ïëàòèòü – òåõíîëîãèÿ FDDI îñòàåòñÿ ñàìîé äîðîãîé 100ìåãàáèòíîé òåõíîëîãèåé. Ïîýòîìó åå îñíîâíûå îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ – ýòî ìàãèñòðàëè êàìïóñîâ è çäàíèé, à òàêæå ïîäêëþ÷åíèå êîðïîðàòèâíûõ ñåðâåðîâ.  ýòèõ ñëó÷àÿõ çàòðàòû îêàçûâàþòñÿ îáîñíîâàííûìè – ìàãèñòðàëü ñåòè äîëæíà áûòü îòêàçîóñòîé÷èâîé è áûñòðîé, òî æå îòíîñèòñÿ ê ñåðâåðó, ïîñòðîåííîìó íà áàçå äîðîãîé ìóëüòèïðîöåññîðíîé ïëàòôîðìû è îáñëóæèâàþùåìó ñîòíè ïîëüçîâàòåëåé. Èç-çà âûñîêîé ñòîèìîñòè îáîðóäîâàíèÿ ðåøåíèÿ íà îñíîâå FDDI óñòóïàþò ðåøåíèÿì íà îñíîâå Fast Ethernet ïðè ñòðîèòåëüñòâå ëîêàëüíûõ ñåòåé íåáîëüøîé ïðîòÿæåííîñòè, êîãäà ñòàíäàðò Fast Ethernet ïðåäîñòàâëÿåò îïòèìàëüíîå ðåøåíèå. Ïðè ñòðîèòåëüñòâå ïðîòÿæåííûõ êîðïîðàòèâíûõ ñåòåé, âûáîð íàèëó÷øåãî ñòàíäàðòà çàâèñèò îò ðÿäà ôàêòîðîâ. Ãëàâíûå ôàêòîðû, êîòîðûå ìîãóò ãîâîðèòü â ïîëüçó ïîñòðîåíèÿ ñåòè ñ ìàãèñòðàëüþ FDDI, ñëåäóþùèå: •
âûðàæåííàÿ êîëüöåâàÿ òîïîëîãèÿ êàáåëüíîé ñèñòåìû, èëè ðàçìåùåíèÿ ñåòåâûõ óçëîâ;
•
áîëüøîå êîëè÷åñòâî ñàìèõ ñåòåâûõ óçëîâ (äî 10 è áîëåå);
•
îãðàíè÷åííîå ÷èñëî âîëîêîí â êàáåëüíîé ñèñòåìå (2 èëè 4);
•
áîëüøàÿ îáùàÿ ïðîòÿæåííîñòü ïëàíèðóåìîé ñåòè (íåñêîëüêî äåñÿòêîâ êèëîìåòðîâ). Ïðèìåðû ðåøåíèé íà îñíîâå ðàçëè÷íûõ òåõíîëîãèé ïðèâåäåíû íà ðèñ. 6.24.
Ìàãèñòðàëü FDDI. Íà ðèñ. 6.24 à ïîêàçàíî ðåøåíèå ñ èñïîëüçîâàíèåì ìàãèñòðàëè FDDI. Ýòî ðåøåíèå ïîëíîñòüþ óäîâëåòâîðÿåò ïîñòàâëåííûì òðåáîâàíèÿì, è âåñüìà ýôôåêòèâíî. Îòìåòèì îäèí íåäîñòàòîê: ïðè îòêëþ÷åíèè äâóõ ñòàíöèé âîçìîæíà ìèêðîñåãìåíòàöèÿ êîëüöà FDDI. Îáû÷íî â ñåòè ìàãèñòðàëüíûå óçëû ðàáîòàþò íåïðåðûâíî áåç îòêëþ÷åíèé. Áîëåå òîãî, êàê ñàìè êîììóòàòîðû, òàê è ôàéë-ñåðâåðû ïîäêëþ÷àþòñÿ ê èñòî÷íèêàì áåñïåðåáîéíîãî ïèòàíèÿ. Îäíàêî ñàìà âîçìîæíîñòü îòêëþ÷åíèÿ èëè âûõîäà èç ñòðîÿ èìååòñÿ. Äëÿ ïîâûøåíèÿ íàäåæíîñòè ìîæíî îòäåëüíûå ñòàíöèè ïîäêëþ÷àòü ÷åðåç äâîéíîå êîëüöî. Àëüòåðíàòèâíîå ðåøåíèå íà îñíîâå êîììóòàöèè Fast Ethernet, ðèñ. 6.24 á. Ïðè íåáîëüøîì êîëè÷åñòâå âîëîêîí ñåòü ñ öåíòðàëüíûì êîììóòàòîðîì êàíàëîâ Fast Ethernet è Ethernet íå ïðîõîäèò, ïîñêîëüêó îíà òðåáóåò çíà÷èòåëüíî áîëüøåãî ÷èñëà âîëîêîí (îñîáåííî ïî ìåðå ïðèáëèæåíèÿ ê óçëó êîììóòàöèè) ïî ñðàâíåíèþ ñ òåì, êîãäà óçëû ñâÿçûâàþòñÿ ïî êðóãó ñ áëèæàéøèìè ñîñåäÿìè ñîåäèíåíèÿìè "òî÷êà-òî÷êà". Ïîñêîëüêó ðàññòîÿíèÿ ìåæäó óçëàìè áîëüøèå, òî íàðÿäó ñ öåíòðàëüíûì (ìàãèñòðàëüíûì) êîììóòàòîðîì ñëåäóåò óñòàíàâëèâàòü óäàëåííûå êîììóòàòîðû (êîììóòàòîðû äëÿ ðàáî÷èõ ãðóïï), ïîäêëþ÷åííûå ïîëíîäóïëåêñíûìè êàíàëàìè ê ìàãèñòðàëüíîìó êîììóòàòîðó. Äëÿ ðåàëèçàöèè òàêîé ñåòè òðåáóåòñÿ áîëüøåå êîëè÷åñòâî âîëîêîí, íàïðèìåð äëÿ ñåãìåíòà 1-10 íóæíî 10 âîëîêîí, äëÿ 1-9 – 8, è ò.ä. Ó òàêîé ñåòè åñòü åùå îäíî ñëàáîå ìåñòî – öåíòðàëüíûé êîììóòàòîð (óçåë 1) ïðè åãî îòêëþ÷åíèè èëè âûõîäå èç ñòðîÿ ñåòü ñòàíîâèòñÿ íåðàáîòîñïîñîáíîé. Àëüòåðíàòèâíîå ðåøåíèå íà îñíîâå êîììóòàöèè Fast Ethernet ñ äóáëèðîâàíèåì, ðèñ. 6.24 â. Äëÿ ïîâûøåíèÿ íàäåæíîñòè íà óçëå 6 óñòàíîâëåí âòîðîé ìàãèñòðàëüíûé êîììóòàòîð Fast Ethernet. Êàæäûé èç êîììóòàòîðîâ äëÿ ðàáî÷èõ ãðóïï ïîäêëþ÷àþòñÿ ê äâóì ìàãèñòðàëüíûì êîììóòàòîðàì. Ïåòëè â ïîòîêàõ äàííûõ ëèêâèäèðóþòñÿ ïîñðåäñòâîì àëãîðèòìà Spanning Tree. Äëÿ áîëüøåé ýôôåêòèâíîñòè âñå àêòèâíûå êàíàëû ïðèõîäÿò íà îäèí èç ìàãèñòðàëüíûõ êîììóòàòîðîâ. Åñëè ýòîò êîììóòàòîð âûõîäèò èç ñòðîÿ, òî ïðîòîêîë Spanning Tree ïåðåîïðåäåëÿåò àêòèâíûå êàíàëû, çàìûêàÿ èõ íà êîììóòàòîð óçëà 6. Òàêàÿ ñåòü ïî ïðîèçâîäèòåëüíîñòè íå âûèãðûâàåò ïåðåä ïðåäûäóùèì ðåøåíèåì, íî áîëåå íàäåæíà.  ýòîì ðåøåíèè åùå áîëüøå âîçðàñòàåò êîëè÷åñòâî àêòèâíûõ ñåãìåíòîâ ïàð âîëîêîí "òî÷êà-òî÷êà". Àëüòåðíàòèâíîå ðåøåíèå íà îñíîâå ATM ìàãèñòðàëè, ðèñ. 6.24 ã.  òàêîé ñåòè ìàãèñòðàëü îáðàçîâàíà ATM/Fast Ethernet/Ethernet êîììóòàòîðàìè. Ïî ïðîèçâîäèòåëüíîñòè è ñòîèìîñòè òàêîå ðåøåíèå óñòóïàåò âñåì ïðåäûäóùèì, åñëè ñ÷èòàòü, ÷òî ãëàâíîé çàäà÷åé ìàãèñòðàëè ÿâëÿåòñÿ îáúåäèíåíèå ñóùåñòâóþùèõ ðàçðîçíåííûõ ñåòåé Ethernet è Fast Ethernet. Îòìåòèì, ÷òî ìàãèñòðàëü ATM ëó÷øå ñòðîèòü íà îñíîâå îäíî (äâóõ) ìàãèñòðàëüíûõ êîììóòàòîðîâ íà óçëàõ, íàïðèìåð 1 è 6, àíàëîãè÷íî ðèñ. 6.24 á, â. Ïðè÷åì íà âñåõ îñòàëüíûõ óçëàõ ñëåäóåò ñòàâèòü óñòðîéñòâà, ñîâìåùàþùèå ôóíêöèè êîììóòàöèè Ethernet/Fast Ethernet è äîñòóïà ATM (ATM access). Àëüòåðíàòèâíîå ðåøåíèå íà îñíîâå öåïè êîììóòàòîðîâ Fast Ethernet, ðèñ. 6.24 ä.  òàêîé ñåòè êîììóòàòîðû Fast Ethernet ñîåäèíåíû äðóã ñ äðóãîì ïîñëåäîâàòåëüíî ïî êîëüöó, àíàëîãè÷íî ïðåäûäóùåìó ïðèìåðó c ATM êîììóòàòîðàìè. Ýòî ðåøåíèå íåóäà÷íî, òàê êàê áîëüøîå êîëè÷åñòâî êîììóòàòîðîâ Fast Ethernet ïðèâîäèò ê ðîñòó ëàòåíòíûõ âðåìåí ñåòè. Ýòî ðåøåíèå íå ðåêîìåíäóåòñÿ èñïîëüçîâàòü.
148
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
1
2
8
7
3 4
10
9
6
5
а) FDDI магистраль
1
2
8
7
Магистральный коммутатор каналов Fast Ethernet
3 4
10
9
Общие характеристики сети: периметр = 20 км число станций = 10 число волокон = 4 (2 резерв) тип волокна = одномодовое (sm) Коммутаторы Fast Ethernet + FDDI DAS sm
6
5
Коммутаторы для рабочих групп Ethernet/Fast Ethernet
б) Коммутация Ethernet/Fast Ethernet
1
2
8
7
3 4
10
9
6
5
в) Коммутация Ethernet/Fast Ethernet (дублирование по центральному коммутатору)
1
2
8
7
3 4
10
9
6
Коммутаторы для рабочих групп порты: 2 x ATM + n x 10/100Base-TX
5
г) Магистраль ATM с коммутаторами ATM/Ethernet/Fast Ethernet
1
2
8
7
3 4
10
9
6
Магистральные коммутаторы каналов Ethernet/Fast Ethernet
5
д) Магистраль "кольцо" из коммутаторов Ethernet/Fast Ethernet
Ðèñ. 6.24. Âàðèàíòû ïîñòðîåíèÿ ìàãèñòðàëüíîé êîðïîðàòèâíîé ñåòè
Ìíîãèå ñîâðåìåííûå êîðïîðàòèâíûå ñåòè ïîñòðîåíû ñ èñïîëüçîâàíèåì òåõíîëîãèè FDDI íà ìàãèñòðàëè â ñî÷åòàíèè ñ òåõíîëîãèÿìè Ethernet è Fast Ethernet â ñåòÿõ ýòàæåé è îòäåëîâ. Ãðóïïà öåíòðàëüíûõ ñåðâåðîâ òàêæå îáû÷íî ïîäêëþ÷àåòñÿ ê ìàãèñòðàëüíîìó êîëüöó FDDI íàïðÿìóþ ñ ïîìîùüþ ñåòåâûõ àäàïòåðîâ FDDI.
Ïîñòàâëÿåìîå îáîðóäîâàíèå Âûáîð îáîðóäîâàíèÿ. Íà ñåãîäíÿ âûïóñêàåòñÿ áîëüøîå êîëè÷åñòâî óñòðîéñòâ FDDI, íà÷èíàÿ îò ñåòåâûõ àäàïòåðîâ FDDI è êîí÷àÿ FDDI/Ethernet/ATM êîììóòàòîðàìè. Ïîñêîëüêó ïðîøëî ìíîãî âðåìåíè ñ ìîìåíòà ïîÿâëåíèÿ ñòàíäàðòà (â 1991 ã. – îñíîâíûå ñïåöèôèêàöèè ñòàíäàðòà FDDI, â 1994 ã. – îïóáëèêîâàíû ñïåöèôèêàöèè ANSI TP-PMD è SMF-PMD), íàáëþäàåòñÿ î÷åíü âûñîêàÿ ñîâìåñòèìîñòü îáîðóäîâàíèÿ ðàçíûõ ïðîèçâîäèòåëåé. Ê êðóïíûì ïîñòàâùèêàì îáîðóäîâàíèÿ FDDI îòíîñÿòñÿ êîìïàíèè: 3Com, Adaptec, BayNetworks, Cabletron, Cisco, DEC, NBase-Fibronics, Madge, Network Peripherals, SysKonnect è äð.  òàáë. 6.9 ïðèâåäåíû íåêîòîðûå ïðîäóêòû FDDI, ðàçáèòûå ïî îñíîâíûì êàòåãîðèÿì. Íà ðèñ. 6.25 ïðèâåäåíû íåêîòîðûå FDDI óñòðîéñòâà.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
149
Òàáëèöà 6.9. Êàòåãîðèè óñòðîéñòâ FDDI Íàçâàíèå ïðîäóêòà
Îïèñàíèå
Ïðîèçâîäèòåëü
Ñåòåâûå êàðòû (ïîäðîáíûé êàòàëîã ïðèâåäåí â [14]) FDDILink 32-Bit PCI Fiber 3 ñåòåâûå êàðòû PCI: SAS ðàçúåì Duplex SC mm / SAS/ Fiber DAS/ UTP SAS DAS äâà ðàçúåìà Duplex SC mm, ãíåçäî ïèòàíèÿ OBS / SAS ðàçúåì RJ-45 (CDDI) FDDILink-F 32-Bit EISA / 2 ñåòåâûå êàðòû EISA: SAS ðàçúåì MIC mm / FDDILink-UTP 32-Bit EISA SAS ðàçúåì RJ-45 PC8735/LCF, PC8739, PC8736/LCF, PC8739/D
PC8741, PC8742, PC8743, PC8744
PT-SBS600
3Com [15]
4 ñåòåâûå êàðòû EISA: SAS ðàçúåì Duplex SC mm/ SAS ðàçúåì RJ-45 (MLT-3, CDDI / DAS äâà ðàçúåìà Duplex SC mm, ïèòàíèå OBS/ DAS äâà ðàçúåìà RJ-45 (MLT-3, CDDI) 4 ñåòåâûå êàðòû PCI: SAS ðàçúåì RJ-45 (MLT-3, CDDI) / SAS ðàçúåì Duplex SC mm / DAS äâà ðàçúåìà Duplex SÑ mm / DAS äâà ðàçúåìà RJ-45 (MLT-3, CDDI);
NBaseFibronics [16]
Ñåìåéñòâî ñåòåâûõ êàðò SBus: SAS ðàçúåì Duplex SC mm/ Performance Technologies SAS ðàçúåì RJ-45 (MLT-3, CDDI / [17] DAS äâà ðàçúåìà Duplex SC mm, ïèòàíèå OBS/ DAS äâà ðàçúåìà RJ-45 (MLT-3, CDDI). Ïîääåðæêà OC Windows NT, Solaris x.86 è Solaris 2.x.
SK-NET FDDI SBus (Model Ñåìåéñòâî èç äâóõ êàðò Sbus, òèïà SAS: ðàçúåì Duplex SC SK-56x1) mm èëè RJ-45 (MLT-3, CDDI). Ïîääåðæêà OC Solaris x.86 è Solaris 2.x.
SysKonnect [18]
Êîíöåíòðàòîðû è êîììóòàòîðû FDDI SmartSwitch 9000
Cåìåéñòâî ìîäóëüíûõ ìàãèñòðàëüíûõ êîììóòàòîðîâ/ êîíöåíòðàòîðîâ (øàññè 6, 14 ñëîòîâ). FDDI ìîäóëè:
9F241-12 9F206-02 9F426-03
FDDI MicroLAN module, 12 M-ïîðòîâ Duplex SC mm FDDI Enhanced Repeater module, 1 ïîðò FDDI DAS – 2 MIC mm High-Density FDDI SmartSwitch module, 3 FDDI DAS – 6 ïîðòîâ MIC mm, ïîääåðæêà ïîëíîãî äóïëåêñà ïî âñåì DAS ïîðòàì, äî – 42 êîììóòèðóåìûõ êîëåö FDDI (14 ñëîòîâ)
GIGAswitch/FDDI
Ìîäóëüíûé êîììóòàòîð (øàññè 14 ñëîòîâ, âêëþ÷àÿ 1 ìîäóëü óïðàâëåíèÿ). Âîçìîæíà IP êîììóòàöèÿ. FDDI ìîäóëè: 2 ïîðòà MIC mm, â êîíôèãóðàöèè 2 x SAS èëè 1 DAS 4 ïîðòà MIC mm, â êîíôèãóðàöèè 4 x SAS
FGL-2 FGL-4 GigaHUB XH152 LC380 LC382 LC383
Ìîäóëüíûé êîíöåíòðàòîð (øàññè 14 ñëîòîâ, âêëþ÷àÿ 1 ìîäóëü óïðàâëåíèÿ). FDDI ìîäóëè: FDDI DAS ìîäóëü 2 x Duplex SC (mm/sm) FDDI êîíöåíòðàòîð ìîäóëü 9 x RJ-45 (MLT-3, CDDI) FDDI êîíöåíòðàòîð ìîäóëü 9 x Duplex SC (mm/sm)
Cabletron Systems [19]
DEC [20]
NBaseFibronics [16]
Êîíâåðòåðû c ìíîãîìîäîâîãî íà îäíîìîäîâîå âîëîêíî (MM/SM Converters) N320FD- I/II-x*
Äâóõïîðòîâûé mm/sm FDDI ìåäèà êîíâåðòåð, x- ST/FC/ SC (ñîâìåñòèìûé ñî ñòàíäàðòîì ANSI X3T9.5), I - ðàññòîÿíèå ïî îäíîìîäîâîìó âîëîêíó äî 20 êì, II - äî 40 êì
NBase [21]
OM320, OM330*
Äâóõïîðòîâûé mm/sm FDDI ìåäèà êîíâåðòåð (ðàçúåìû SC), ðàññòîÿíèå ïî îäíîìîäîâîìó âîëîêíó OM320 - äî 20 êì, OM330 - äî 30 êì
Net Optics [22]
Êîíâåðòåðû FDDI c âèòîé ïàðû íà îïòè÷åñêîå âîëîêíî (FDDI UTP/FO Converters)** FD-CD-01, FD-CD-01(SM) FDDI êîíâåðòåðû: FD-CD-01 – RJ-45/SC mm, FD-CD-01(SM)- RJ-45/SC sm Ñòàíäàðòû: FDDI ANSI X3T12, FDDI TP-PMD
Transition networks [23]
* Óêàçàííûå êîíâåðòåðû ÿâëÿþòñÿ ñðåäîíåçàâèñèìûìè, â òîì ñìûñëå, ÷òî ìîãóò ïîääåðæèâàòü ðàçíóþ ÷àñòîòó ìîäóëÿöèè, âïëîòü äî ïåðåäà÷è ïîòîêà STM-1 (155 Ìáèò/ñ, – 194 ÌÃö). **  öåëîì êîíâåðòåðû FDDI UTP/FO ïî àðõèòåêòóðå àíàëîãè÷íû êîíâåðòåðàì Fast Ethernet UTP/FO, ïîñêîëüêó òåõíîëîãèÿ Fast Ethernet çàèìñòâîâàëà ñòàíäàðòû FDDI PMD íà âîëîêíî è íåýêðàíèðîâàííóþ âèòóþ ïàðó.
150
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
à) GIGAswitch/FDDI
ã) GigaHUB (XH152)
á) SmartSwitch 9000
ä) Êàðòû LC383/2 äëÿ XH152
â) Êàðòà 9F426-03 äëÿ SS9000
e) FDDI mm/sm êîíâåðòåð N320FD
Ðèñ. 6.25. Âíåøíèé âèä íåêîòîðûõ FDDI óñòðîéñòâ
Ëèòåðàòóðà ê ãëàâå 6 1.
A. Mills. Understanding FDDI: A 100 Mbps Solutions for Today’s Corporate LANs, Prentice Hall, 1995. – 277 p.
2.
Welcome – FDDI Frequently Asked Questions (FAQ), United States Navy Computer, 1996, http://sholeh.nswc.navy.mil/x3t12/FDDIFAQ.html
3.
Our Testing Environment and Capabilities, FDDI Consortium, 1998, http://www.iol.unh.edu/consortiums/fddi/index.html
4.
Á. Íàíñ. Ïðîãðàììèðîâàíèå â ëîêàëüíûõ ñåòÿõ. – Ïåðìü: Èçä-âî Ïåðìü, 1992. –756 ñ.
5.
ANSI X3T12 (FDDI) Home Page, United States Navy Computer, 1996, http://sholeh.nswc.navy.mil/x3t12/
6.
"Âûñîêîñêîðîñòíûå òåõíîëîãèè ËÂÑ", Öåíòð Èíôîðìàöèîííûõ Òåõíîëîãèé,1997, http://www.citforum.ru/nets/lvs/contents.html
7.
Increase FDDI Reliability with Bypass Switches, AMP, 1997 http://www.amp.com/product/articles/dd68_a.html
8.
FDDI Dual Bypass Switch, DiCon Fiberoptics Inc., 1997, http://www.diconfiberoptics.com/dicon.htm
9.
Active and Passive Fiber Optic Components, Fiber Optic Product Catalog, Molex, 1998, http://www.molex.com/product/fiber/fiber.html
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
151
10.
FDDI Dual Bypass Switch – Single Mode Fiber Networks, Net Optics, 1997, http://www.netoptics.com/sm_bypass.html
11.
Ross F.E., Hamstra J.R. "Forging FDDI", IEEE J. Select. Areas Commun., vol. 11, no.7, Feb.,1993. pp.181-190
12.
W. Stallings. Local & Metropolitan Area Networks, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey 07458, 1997. – 605 p.
13.
F. Halsall. Data Communications, Computer Networks and Open Systems, Addison-Wesley, 1996. – 907p.
14.
Welcome – FDDI Products (Adapters), United States Navy Computer, 1997, http://sholeh.nswc.navy.mil/x3t12/Adapters.html
15.
FDDILink 32-Bit FDDI Adapters, 3Com, 1998, http://www.3com.com/products/dsheets/400191.html
16.
Backbone/Enterprise Switching Solutions, NBase, 1998, http://www.nbase.co.il/
17.
PT-SBS600 high-performance SBus FDDI adapter, Performance Technologies, 1997, http://www.wcmh.com/lantimes/lantimes/buyers/company/192485/341613.html
18.
SK-NET FDDI SBus (Model SK-56x1), SysKonnect, 1997, http://www.wcmh.com/lantimes/lantimes/buyers/company/192394/321445.html
19.
SmartSwitch 9000 – FDDI Products, Cabletron Systems, 1998, http://www.cabletron.com/switching/9000/
20.
GIGAswitch/FDDI Multitechnology Switch, Digital Equipment Corporation, 1998, http://www.networks.digital.com/dr/npg/defga-mn.html
21.
N320FD FDDI Multimode to Singlemode Converter, NBase Communications, 1998, http://www.nbase.com/
22.
Fiberoptic Multimode to Singlemode Fiber Converter (ATM, FDDI, 100 BASE Ethernet or SONET), Net Optics, 1997, http://www.netoptics.com/convertor.html
23.
FDDI Fiber to UTP Media Converter Product Description, Transition Networks, 1998, http://www.transition.com/products/mediacon/fddi_cddi.html
152
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
7. Ñåòè Ethernet/Fast Ethernet/Gigabit Ethernet Ñåãîäíÿ òåðìèí Ethernet ñòàë ñèíîíèìîì ñòàíäàðòà IEEE 802.3, îïðåäåëÿþùåãî ñåòü ïåðåäà÷è äàííûõ ñî ñëó÷àéíûì ìåòîäîì äîñòóïà ê ñðåäå ñ ðàçðåøåíèåì êîíôëèêòîâ (êîëëèçèé) CSMA/CD. Èç-çà çíà÷èòåëüíîé ïðîñòîòû ñòàíäàðòà è, êàê ñëåäñòâèå, íèçêîé ñòîèìîñòè îáîðóäîâàíèÿ, Ethernet íàøåë øèðîêîå ïðèìåíåíèå â ñîâðåìåííûõ ñåòÿõ, î ÷åì ñâèäåòåëüñòâóåò íåïðåðûâíûé ðîñò èíñòàëëÿöèé ñåòåé êàê íà îñíîâå ñòàíäàðòà Ethernet, òàê è íà îñíîâå Fast Ethernet – ýôôåêòèâíîãî è íåäîðîãîãî ïðååìíèêà Ethernet. Ïåðâîíà÷àëüíî ñòàíäàðò Ethernet ðàçðàáàòûâàëñÿ êîìïàíèåé Xerox è áàçèðîâàëñÿ íà ñèñòåìå ALOHA [1]. Ýòî áûëà ñåòü, èñïîëüçóþùàÿ ïðîòîêîë CSMA/CD, íî ñêîðîñòü ïåðåäà÷è ñîñòàâëÿëà âñåãî ëèøü 2,94 Ìáèò/ñ. Ñåòü îáúåäèíÿëà áîëåå 100 ðàáî÷èõ ñòàíöèé â ïðåäåëàõ îäíîãî êèëîìåòðà. Ñèëüíîìó äàëüíåéøåìó ðàçâèòèþ ñïîñîáñòâîâàëà ñîâìåñòíàÿ ðàçðàáîòêà ãðóïïîé èç òðåõ êîìïàíèé Xerox, DEC è Intel óëó÷øåííîãî ñòàíäàðòà Ethernet, îáåñïå÷èâàþùåãî ñêîðîñòü ïåðåäà÷è 10 Ìáèò/ñ [2]. Èìåííî ýòîò ñòàíäàðò ñòàë áàçîé äëÿ ñîâðåìåííîãî ìåæäóíàðîäíîãî ñòàíäàðòà IEEE 802.3. Ïðåòåðïåëè èçìåíåíèÿ è ôèçè÷åñêèå èíòåðôåéñû. Òàê, åñëè íà ýòàïå âíåäðåíèÿ ñòàíäàðòà Ethernet ãëàâíûå èíòåðôåéñû áàçèðîâàëèñü íà òîíêîì è òîëñòîì êîàêñèàëüíûõ êàáåëÿõ, òî ñåé÷àñ ïðåäïî÷òåíèå îòäàåòñÿ íåýêðàíèðîâàííîé âèòîé ïàðå UTP cat.5 è îïòè÷åñêîìó âîëîêíó. Ïîñêîëüêó ñîâðåìåííûå êàáåëüíûå ñòðóêòóðû ñåòåé íîñÿò ñìåøàííûé õàðàêòåð, òî äàëåå áóäóò ðàññìàòðèâàòüñÿ îáà ýòèõ ñîâðåìåííûõ èíòåðôåéñà. Îñíîâíûå ýòàïû ýâîëþöèè ïîêàçàíû íà ðèñ. 7.1. Êîãäà â 1980 ãîäó êîìïàíèè Xerox, DEC è Intel îïóáëèêîâàëè ñòàíäàðò DIX1 Ethernet, ñêîðîñòü ïåðåäà÷è 10 Ìáèò/ñ ñ÷èòàëàñü ãèãàíòñêîé è äîñòàòî÷íîé äëÿ ëþáûõ ïðèëîæåíèé. Ñ òåõ ïîð, ïî ìåðå ñîâåðøåíñòâîâàíèÿ êîìïüþòåðíûõ òåõíîëîãèé, ïîÿâèëèñü ïîòðåáíîñòè â çíà÷èòåëüíî áîëüøåé ïîëîñå ïðîïóñêàíèÿ. È ñåãîäíÿ ñòàíäàðò Ethernet â åãî îðèãèíàëüíîì âèäå, èñïîëüçóþùèé ëîãè÷åñêóþ òîïîëîãèþ "øèíà" ñ îäíèì êîëëèçèîííûì äîìåíîì, îñòàåòñÿ ïðèåìëåìûì ðàçâå ÷òî äëÿ ïîñòðîåíèÿ ëîêàëüíûõ ñåòåé íà íåáîëüøèõ ïðåäïðèÿòèÿõ. Ïåðâàÿ ïîëîâèíà 90-õ ãîäîâ õàðàêòåðèçóåòñÿ âíåäðåíèåì è ñòðåìèòåëüíûì ðîñòîì ñåòåâûõ êîììóòàòîðîâ Ethernet, ïîçâîëÿþùèõ ñòðîèòü ìàãèñòðàëè â òî÷êå (collapsed backbones) è, òåì ñàìûì, ñèëüíî ðàçãðóçèòü êðóïíûå ñåòè. Äàëüíåéøåå ïîÿâëåíèå êîììóòàòîðîâ è ñåòåâûõ êàðò, ïîääåðæèâàþùèõ äóïëåêñíóþ ïåðåäà÷ó – ïåðåäà÷ó äàííûõ â îáîèõ íàïðàâëåíèÿõ îäíîâðåìåííî áåç êîëëèçèé ïðè ëîãè÷åñêîé òîïîëîãèè "òî÷êà-òî÷êà", – ñíÿëî îãðàíè÷åíèå íà ðàññòîÿíèå è äàëî ïîëíóþ ñâîáîäó ïðèìåíåíèþ âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ëèíèé ñâÿçè è ïîñòðîåíèþ ïðîòÿæåííûõ ñåãìåíòîâ ìåæäó êîììóòàòîðàìè Ethernet.  1995 ãîäó ïðèíèìàåòñÿ ñòàíäàðò IEEE 802.3u Fast Ethernet, îáåñïå÷èâàþùèé ñêîðîñòü ïåðåäà÷è 100 Ìáèò/ñ. Íà ñåòåâîì ðûíêå ïîÿâëÿåòñÿ ìíîæåñòâî íîâûõ ïðîäóêòîâ: îò ïîâòîðèòåëåé Fast Ethernet äî ñåòåâûõ êàðò è êîììóòàòîðîâ, ïîääåðæèâàþùèõ ñêîðîñòè 10/100 Ìáèò/ñ è äóïëåêñíûå ðåæèìû ïî âñåì ïîðòàì. È, íàêîíåö, ïîÿâëÿþòñÿ ñïåöèôèêàöèè ñòàíäàðòà Gigabit Ethernet IEEE 802.3z è IEEE 802.3ab.  ñèëó ñïåöèôèêè èçëàãàåìîãî ìàòåðèàëà, áîëüøîå âíèìàíèå óäåëÿåòñÿ âîëîêîííîîïòè÷åñêîìó èíòåðôåéñó, òåì áîëåå, ÷òî ñ ðîñòîì ñêîðîñòè ïåðåäà÷è (ïî ìåðå ïåðåõîäà íà Fast Ethernet è Gigabit Ethernet) è ñ óâåëè÷åíèåì ïðîòÿæåííîñòè ñåãìåíòîâ (äî âåëè÷èí îò íåñêîëüêèõ äî íåñêîëüêèõ äåñÿòêîâ êèëîìåòðîâ) ïðèåìëåìûå àëüòåðíàòèâíûå ðåøåíèÿ îòñóòñòâóþò. Ïðè ñòðîèòåëüñòâå ñåòè ãëàâíóþ ïðàêòè÷åñêóþ öåííîñòü îáû÷íî èìåþò èíñòðóêöèè, ïðàâèëà, êîòîðûõ ñëåäóåò ïðèäåðæèâàòüñÿ äëÿ íîðìàëüíîãî ôóíêöèîíèðîâàíèÿ ñåòè, íàïðèìåð: äëèíû ñåãìåíòîâ, äèàìåòð êîëëèçèîííîãî äîìåíà, êîëè÷åñòâî ðàáî÷èõ ñòàíöèé â ñåòè, è ò.ï. Îäíàêî ñàìè ïî ñåáå òàêèå èíñòðóêöèè òðóäíî âîñïðèíèìàòü, åñëè íå èìåòü ïðåäñòàâëåíèÿ î ñòàíäàðòå, êîòîðûé, ñîáñòâåííî, ÿâëÿåòñÿ ïåðâîïðè÷èíîé ïîÿâëåíèÿ ïðàâèë è èíñòðóêöèé. Ïîýòîìó âíà÷àëå ðàññìàòðèâàþòñÿ îñíîâíûå ñïåöèôèêàöèè ñòàíäàðòà Ethernet. Îïèñàíèå áîëåå ñîâðåìåííûõ ñòàíäàðòîâ Fast Ethernet è Gigabit Ethernet ñòðîèòñÿ íà îñíîâå ðàññìîòðåíèÿ îòëè÷èòåëüíûõ ÷åðò è ìîäåðíèçàöèé, ïðåèìóùåñòâ è íåäîñòàòêîâ ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðåäøåñòâåííèêîì.  çàâåðøåíèè ãëàâû ïðèâåäåíû ïðèìåðû êîíôèãóðàöèé ñåòåé ïî ìåðå ðîñòà îò Ethernet äî Gigabit Ethernet, à òàêæå êðàòêèå õàðàêòåðèñòèêè íåêîòîðûõ íîâûõ ïðîòîêîëîâ, â ÷àñòíîñòè 802.3x, 802.1Q, RSVP, âîîðóæèâøèñü êîòîðûìè Gigabit Ethernet ñòàíîâèòñÿ ïîëíîïðàâíîé ìàãèñòðàëüíîé âîëîêîííî-îïòè÷åñêîé òåõíîëîãèåé.
1
DIX àááðåâèàòóðà îò DEC-Intel-Xerox.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
153
Протяженные волоконно-оптические сегменты
1000 Мбит/с Дуплексный режим Коммутация
100 Мбит/с Дуплексный режим
1000 Мбит/с Шина
100 Мбит/с Коммутация
10 Мбит/с Дуплексный режим Коммутация
100 Мбит/с Шина
10 Мбит/с Коммутация
10 Мбит/с Шина
Ðèñ. 7.1. Ýòàïû ýâîëþöèè ñòàíäàðòà Ethernet
7.1. Ñåòè Ethernet Âûäåëèì òðè ãëàâíûõ ýëåìåíòà ñòàíäàðòà: ôîðìàò êàäðà, ñèñòåìó ñèãíàëèçàöèè ìåæäó ðàáî÷èìè ñòàíöèÿìè ïðè îñóùåñòâëåíèè ïåðåäà÷è äàííûõ ïî ïðîòîêîëó CSMA/CD è íàáîð ôèçè÷åñêèõ ñðåä: êîàêñèàëüíûé êàáåëü, âèòàÿ ïàðà, âîëîêîííî-îïòè÷åñêèé êàáåëü [3].
Ôîðìàò êàäðà Ethernet Íà ðèñ. 7.2 ïîêàçàí ôîðìàò êàäðà Ethernet. Ïîëÿ èìåþò ñëåäóþùèå íàçíà÷åíèÿ: •
Ïðåàìáóëà: 7 áàéò, êàæäûé èç êîòîðûõ ïðåäñòàâëÿåò ÷åðåäîâàíèå åäèíèö è íóëåé 10101010. Ïðåàìáóëà ïîçâîëÿåò óñòàíîâèòü áèòîâóþ ñèíõðîíèçàöèþ íà ïðèåìíîé ñòîðîíå.
•
Îãðàíè÷èòåëü íà÷àëà êàäðà (SFD, start frame delimiter): 1 áàéò, ïîñëåäîâàòåëüíîñòü 10101011, óêàçûâàåò, ÷òî äàëåå ïîñëåäóþò èíôîðìàöèîííûå ïîëÿ êàäðà. Ýòîò áàéò ìîæíî îòíîñèòü ê ïðåàìáóëå.
•
Àäðåñ íàçíà÷åíèÿ (DA, destination address): 6 áàéò, óêàçûâàåò MAC-àäðåñ ñòàíöèè (MACàäðåñà ñòàíöèé), äëÿ êîòîðîé (êîòîðûõ) ïðåäíàçíà÷åí ýòîò êàäð. Ýòî ìîæåò áûòü åäèíñòâåííûé ôèçè÷åñêèé àäðåñ (unicast), ãðóïïîâîé àäðåñ (multicast) èëè øèðîêîâåùàòåëüíûé àäðåñ (broadcast).
•
Àäðåñ îòïðàâèòåëÿ (SA, source address): 6 áàéò, óêàçûâàåò MAC-àäðåñ ñòàíöèè, êîòîðàÿ ïîñûëàåò êàäð.
•
Ïîëå òèïà èëè äëèíû êàäðà (T or L, type or length): 2 áàéòà. Ñóùåñòâóþò äâà áàçîâûõ ôîðìàòà êàäðà Ethernet (â àíãëèéñêîé òåðìèíîëîãèè raw formats – ñûðûå ôîðìàòû) – Ethernet_II è IEEE 802.3 (ðèñ. 7.2), ïðè÷åì ðàçëè÷íîå íàçíà÷åíèå ó íèõ èìååò èìåííî ðàññìàòðèâàåìîå ïîëå. Äëÿ êàäðà Ethernet_II â ýòîì ïîëå ñîäåðæèòñÿ èíôîðìàöèÿ î òèïå êàäðà. Íèæå ïðèâåäåíû çíà÷åíèÿ â øåñòíàäöàòåðè÷íîé ñèñòåìå ýòîãî ïîëÿ äëÿ íåêîòîðûõ ðàñïðîñòðàíåííûõ ñåòåâûõ ïðîòîêîëîâ: 0x0800 äëÿ IP, 0x0806 äëÿ ARP, 0x809B äëÿ AppleTalk, 0x0600 äëÿ XNS, è 0x8137 äëÿ IPX/SPX. Ñ óêàçàíèåì â ýòîì ïîëå êîíêðåòíîãî çíà÷åíèÿ (îäíîãî èç ïåðå÷èñëåííûõ) êàäð ïðèîáðåòàåò ðåàëüíûé ôîðìàò, è â òàêîì ôîðìàòå êàäð óæå ìîæåò ðàñïðîñòðàíÿòüñÿ ïî ñåòè.
•
Äëÿ êàäðà IEEE 802.3 â ýòîì ïîëå ñîäåðæèòñÿ âûðàæåííûé â áàéòàõ ðàçìåð ñëåäóþùåãî ïîëÿ – ïîëÿ äàííûõ (LLC Data). Åñëè ýòà öèôðà ïðèâîäèò ê îáùåé äëèíå êàäðà ìåíüøå
154
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
64 áàéò, òî çà ïîëåì LLC Data äîáàâëÿåòñÿ ïîëå Pad. Äëÿ ïðîòîêîëà áîëåå âûñîêîãî óðîâíÿ íå âîçíèêàåò ïóòàíèöû ñ îïðåäåëåíèåì òèïà êàäðà, òàê êàê äëÿ êàäðà IEEE 802.3 çíà÷åíèå ýòîãî ïîëÿ íå ìîæåò áûòü áîëüøå 1500 (0x05DC). Ïîýòîìó, â îäíîé ñåòè ìîãóò ñâîáîäíî ñîñóùåñòâîâàòü îáà ôîðìàòà êàäðîâ, áîëåå òîãî, îäèí ñåòåâîé àäàïòåð ìîæåò âçàèìîäåéñòâîâàòü ñ îáîèìè òèïàìè ïîñðåäñòâîì ñòåêà ïðîòîêîëîâ. •
Äàííûå (LLC Data): ïîëå äàííûõ, êîòîðîå îáðàáàòûâàåòñÿ ïîäóðîâíåì LLC. Ñàì ïî ñåáå êàäð IEEE 802.3 åùå íå îêîí÷àòåëüíûé.  çàâèñèìîñòè îò çíà÷åíèé ïåðâûõ íåñêîëüêèõ áàéò ýòîãî ïîëÿ, ìîãóò áûòü òðè îêîí÷àòåëüíûõ ôîðìàòà ýòîãî êàäðà IEEE 802.3: − Ethernet_802.3 (íå ñòàíäàðòíûé, â íàñòîÿùåå âðåìÿ óñòàðåâàþùèé ôîðìàò, èñïîëüçóåìûé Novell) – ïåðâûå äâà áàéòà LLC Data ðàâíû 0xFFFF; − Ethernet_SNAP (ñòàíäàðòíûé IEEE 802.2 SNAP ôîðìàò, êîòîðîìó îòäàåòñÿ íàèáîëüøåå ïðåäïî÷òåíèå â ñîâðåìåííûõ ñåòÿõ, îñîáåííî äëÿ ïðîòîêîëà TCP/IP) – ïåðâûé áàéò LLC Data ðàâåí 0xAA; − Ethernet_802.2 (ñòàíäàðòíûé IEEE 802.2 ôîðìàò, èñïîëüçóåòñÿ ôèðìîé Novell â NetWare 4.0) – ïåðâûé áàéò LLC Data íå ðàâåí íè 0xFF (11111111), íè 0xAA (10101010).
•
Äîïîëíèòåëüíîå ïîëå (pad – íàïîëíèòåëü) – çàïîëíÿåòñÿ òîëüêî â òîì ñëó÷àå, êîãäà ïîëå äàííûõ íåâåëèêî, ñ öåëüþ óäëèíåíèÿ äëèíû êàäðà äî ìèíèìàëüíîãî ðàçìåðà 64 áàéòà – ïðåàìáóëà íå ó÷èòûâàåòñÿ. Îãðàíè÷åíèå ñíèçó íà ìèíèìàëüíóþ äëèíó êàäðà íåîáõîäèìî äëÿ ïðàâèëüíîãî ðàçðåøåíèÿ êîëëèçèé.
•
Êîíòðîëüíàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü êàäðà (FCS, frame check sequence): 4-áàéòîâîå ïîëå, â êîòîðîì óêàçûâàåòñÿ êîíòðîëüíàÿ ñóììà, âû÷èñëåííàÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì öèêëè÷åñêîãî èçáûòî÷íîãî êîäà ïî ïîëÿì êàäðà, çà èñêëþ÷åíèåì ïðåàìáóë SDF è FCS.
Ethernet_II Преамбула SFD
DA
SA
T
LLC Data
Pad
FCS
Преамбула SFD
DA
SA
L
LLC Data
Pad
FCS
7 + 1 байт
2/6 байт
0
4 байта
IEEE 802.3
2/6 байт
2 0 / 1500 байт байта 64 байта min / 1518 байт max
Ðèñ. 7.2. Äâà áàçîâûõ MAC ôîðìàòà êàäðà Ethernet
Îñíîâíûå âàðèàíòû àëãîðèòìîâ ñëó÷àéíîãî äîñòóïà ê ñðåäå Ïðîòîêîë CSMA/CD îïðåäåëÿåò õàðàêòåð âçàèìîäåéñòâèÿ ðàáî÷èõ ñòàíöèé â ñåòè ñ åäèíîé îáùåé äëÿ âñåõ óñòðîéñòâ ñðåäîé ïåðåäà÷è äàííûõ. Âñå ñòàíöèè èìåþò ðàâíîïðàâíûå óñëîâèÿ ïî ïåðåäà÷å äàííûõ. Íåò îïðåäåëåííîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè, â ñîîòâåòñòâèè ñ êîòîðîé ñòàíöèè ìîãóò ïîëó÷àòü äîñòóï ê ñðåäå äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ ïåðåäà÷è. Èìåííî â ýòîì ñìûñëå äîñòóï ê ñðåäå îñóùåñòâëÿåòñÿ ñëó÷àéíûì îáðàçîì. Ðåàëèçàöèÿ àëãîðèòìîâ ñëó÷àéíîãî äîñòóïà ïðåäñòàâëÿåòñÿ çíà÷èòåëüíî áîëåå ïðîñòîé çàäà÷åé, ÷åì ðåàëèçàöèÿ àëãîðèòìîâ äåòåðìèíèðîâàííîãî äîñòóïà. Ïîñêîëüêó â ïîñëåäíåì ñëó÷àå òðåáóåòñÿ èëè ñïåöèàëüíûé ïðîòîêîë, êîíòðîëèðóþùèé ðàáîòó âñåõ óñòðîéñòâ ñåòè (íàïðèìåð, ïðîòîêîë îáðàùåíèÿ ìàðêåðà, ñâîéñòâåííûé ñåòÿì Token Ring è FDDI), èëè ñïåöèàëüíîå âûäåëåííîå óñòðîéñòâî – ìàñòåð êîíöåíòðàòîð, êîòîðûé â îïðåäåëåííîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ïðåäîñòàâëÿë áû âñåì îñòàëüíûì ñòàíöèÿì âîçìîæíîñòü ïåðåäàâàòü (ñåòè Arcnet, 100VG AnyLAN). Îäíàêî ñåòü ñî ñëó÷àéíûì äîñòóïîì èìååò îäèí, ïîæàëóé ãëàâíûé, íåäîñòàòîê – ýòî íå ñîâñåì óñòîé÷èâàÿ ðàáîòà ñåòè ïðè áîëüøîé çàãðóæåííîñòè, êîãäà ìîæåò ïðîõîäèòü äîñòàòî÷íî áîëüøîå âðåìÿ, ïðåæäå ÷åì äàííîé ñòàíöèè óäàåòñÿ ïåðåäàòü äàííûå. Âèíîé òîìó – êîëëèçèè, êîòîðûå âîçíèêàþò ìåæäó ñòàíöèÿìè, íà÷àâøèìè ïåðåäà÷ó îäíîâðåìåííî èëè ïî÷òè îäíîâðåìåííî. Ïðè âîçíèêíîâåíèè êîëëèçèè ïåðåäàâàåìûå äàííûå íå äîõîäÿò äî ïîëó÷àòåëåé, à ïåðåäàþùèì ñòàíöèÿì ïðèõîäèòñÿ ïîâòîðíî âîçîáíîâëÿòü ïåðåäà÷ó.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
155
Äàäèì îïðåäåëåíèå: ìíîæåñòâî âñåõ ñòàíöèé ñåòè, îäíîâðåìåííàÿ ïåðåäà÷à ëþáîé ïàðû èç êîòîðûõ ïðèâîäèò ê êîëëèçèè, íàçûâàåòñÿ êîëëèçèîííûì äîìåíîì (collision domain). Èç-çà êîëëèçèè (êîíôëèêòà) ìîãóò âîçíèêàòü íåïðåäñêàçóåìûå çàäåðæêè ïðè ðàñïðîñòðàíåíèè êàäðîâ ïî ñåòè, îñîáåííî ïðè áîëüøîé çàãðóæåííîñòè ñåòè (ìíîãî ñòàíöèé ïûòàþòñÿ îäíîâðåìåííî ïåðåäàâàòü âíóòðè êîëëèçèîííîãî äîìåíà, > 20-25), è ïðè áîëüøîì äèàìåòðå êîëëèçèîííîãî äîìåíà (> 2 êì). Ïîýòîìó ïðè ïîñòðîåíèè ñåòåé æåëàòåëüíî èçáåãàòü òàêèõ ýêñòðåìàëüíûõ ðåæèìîâ ðàáîòû. Ïðîáëåìà ïîñòðîåíèÿ ïðîòîêîëà, ñïîñîáíîãî íàèáîëåå ðàöèîíàëüíî ðàçðåøàòü êîëëèçèè, è îïòèìèçèðóþùåãî ðàáîòó ñåòè ïðè áîëüøèõ çàãðóçêàõ, áûëà îäíîé èç êëþ÷åâûõ íà ýòàïå ôîðìèðîâàíèÿ ñòàíäàðòà Ethernet IEEE 802.3. Ïåðâîíà÷àëüíî ðàññìàòðèâàëèñü òðè îñíîâíûõ ïîäõîäà â êà÷åñòâå êàíäèäàòîâ äëÿ ðåàëèçàöèè ñòàíäàðòà ñëó÷àéíîãî äîñòóïà ê ñðåäå (ðèñ. 7.3): íåïîñòîÿííûé, 1-ïîñòîÿííûé è ð-ïîñòîÿííûé [5].
Постоянная или случайная задержка
Непостоянный (nonpersistent) Передает, если среда свободна. Иначе ожидает и пытается снова передать
Среда занята
t T
T
T
Станция готова передавать 1-постоянный (1-persistent) Передает, как только освобождается канал
p-постоянный (p-persistent) Передает с вероятностью p, как только освобождается канал
Если же конфликт, выдерживает время и пытается вновь передать
Иначе ждет фиксированное время T и, если канал освободился, повторяет процесс
Ðèñ. 7.3. Àëãîðèòìû ìíîæåñòâåííîãî ñëó÷àéíîãî äîñòóïà (CSMA) è âûäåðæêà âðåìåíè â êîíôëèêòíîé ñèòóàöèè (collision backoff) Íåïîñòîÿííûé (nonpersistent) àëãîðèòì. Ïðè ýòîì àëãîðèòìå ñòàíöèÿ, æåëàþùàÿ ïåðåäàâàòü, ðóêîâîäñòâóåòñÿ ñëåäóþùèìè ïðàâèëàìè. 1.
Ïðîñëóøèâàåò ñðåäó, è, åñëè ñðåäà ñâîáîäíà (ò.å. åñëè íåò äðóãîé ïåðåäà÷è èëè íåò ñèãíàëà êîëëèçèè), ïåðåäàåò, â ïðîòèâíîì ñëó÷àå – ñðåäà çàíÿòà – ïåðåõîäèò ê øàãó 2.
2.
Åñëè ñðåäà çàíÿòà, æäåò ñëó÷àéíîå (â ñîîòâåòñòâèè c îïðåäåëåííîé êðèâîé ðàñïðåäåëåíèÿ âåðîÿòíîñòåé) âðåìÿ è âîçâðàùàåòñÿ ê øàãó 1.
Èñïîëüçîâàíèå ñëó÷àéíîãî çíà÷åíèÿ îæèäàíèÿ ïðè çàíÿòîé ñðåäå óìåíüøàåò âåðîÿòíîñòü îáðàçîâàíèÿ êîëëèçèé. Äåéñòâèòåëüíî, ïðåäïîëîæèì â ïðîòèâíîì ñëó÷àå, ÷òî äâå ñòàíöèè ïðàêòè÷åñêè îäíîâðåìåííî ñîáðàëèñü ïåðåäàâàòü, â òî âðåìÿ, êàê òðåòüÿ óæå îñóùåñòâëÿåò ïåðåäà÷ó. Åñëè ïåðâûå äâå íå èìåëè áû ñëó÷àéíîãî âðåìåíè îæèäàíèÿ ïåðåä íà÷àëîì ïåðåäà÷è (â ñëó÷àå, åñëè ñðåäà îêàçàëàñü çàíÿòîé), à òîëüêî ïðîñëóøèâàëè ñðåäó è æäàëè, êîãäà îíà îñâîáîäèòñÿ, òî ïîñëå ïðåêðàùåíèÿ ïåðåäà÷è òðåòüåé ñòàíöèåé ïåðâûå äâå íà÷àëè áû ïåðåäàâàòü îäíîâðåìåííî, ÷òî íåèçáåæíî ïðèâîäèëî áû ê êîëëèçèÿì. Òàêèì îáðàçîì, ñëó÷àéíîå îæèäàíèå óñòðàíÿåò âîçìîæíîñòü îáðàçîâàíèÿ òàêèõ êîëëèçèé. Îäíàêî íåóäîáñòâî ýòîãî ìåòîäà ïðîÿâëÿåòñÿ â íåýôôåêòèâíîì èñïîëüçîâàíèè ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ êàíàëà. Ïîñêîëüêó ìîæåò ñëó÷èòüñÿ, ÷òî ê òîìó ìîìåíòó, êîãäà ñðåäà îñâîáîäèòñÿ, ñòàíöèÿ, æåëàþùàÿ ïåðåäàâàòü, åùå áóäåò ïðîäîëæàòü îæèäàòü íåêîòîðîå ñëó÷àéíîå âðåìÿ, ïðåæäå ÷åì ðåøèòñÿ ïðîñëóøèâàòü ñðåäó, ïîñêîëüêó ïåðåä ýòèì óæå ïðîñëóøèâàëà ñðåäó, êîòîðàÿ îêàçàëàñü çàíÿòîé.  èòîãå êàíàë áóäåò ïðîñòàèâàòü êàêîå-òî âðåìÿ, äàæå åñëè òîëüêî îäíà ñòàíöèÿ îæèäàåò ïåðåäà÷è. 1-ïîñòîÿííûé (1-persistent) àëãîðèòì. Äëÿ ñîêðàùåíèÿ âðåìåíè, êîãäà ñðåäà íå çàíÿòà, ìîã áû èñïîëüçîâàòüñÿ 1-ïîñòîÿííûé àëãîðèòì. Ïðè ýòîì àëãîðèòìå ñòàíöèÿ, æåëàþùàÿ ïåðåäàâàòü, ðóêîâîäñòâóåòñÿ ñëåäóþùèìè ïðàâèëàìè.
156
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
1.
Ïðîñëóøèâàåò ñðåäó, è, åñëè ñðåäà íå çàíÿòà, ïåðåäàåò, â ïðîòèâíîì ñëó÷àå ïåðåõîäèò ê øàãó 2;
2.
Åñëè ñðåäà çàíÿòà, ïðîäîëæàåò ïðîñëóøèâàòü ñðåäó äî òåõ ïîð, ïîêà ñðåäà íå îñâîáîäèòñÿ, è, êàê òîëüêî ñðåäà îñâîáîæäàåòñÿ, ñðàçó æå íà÷èíàåò ïåðåäàâàòü.
Ñðàâíèâàÿ íåïîñòîÿííûé è 1-ïîñòîÿííûé àëãîðèòìû, ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî â 1-ïîñòîÿííîì àëãîðèòìå ñòàíöèÿ, æåëàþùàÿ ïåðåäàâàòü, âåäåò ñåáÿ áîëåå "ýãîèñòè÷íî". Ïîýòîìó, åñëè äâå èëè áîëåå ñòàíöèé îæèäàþò ïåðåäà÷è (æäóò, ïîêà íå îñâîáîäèòñÿ ñðåäà), êîëëèçèÿ, ìîæíî ñêàçàòü, áóäåò ãàðàíòèðîâàíà. Ïîñëå êîëëèçèè ñòàíöèè íà÷èíàþò ðåøàòü, ÷òî èì äåëàòü äàëüøå. Ð-ïîñòîÿííûé (p-persistent) àëãîðèòì. Ïðàâèëà ýòîãî àëãîðèòìà ñëåäóþùèå: 1.
Åñëè ñðåäà ñâîáîäíà, ñòàíöèÿ ñ âåðîÿòíîñòüþ p ñðàçó æå íà÷èíàåò ïåðåäà÷ó èëè ñ âåðîÿòíîñòüþ (1-p) îæèäàåò â òå÷åíèå èíòåðâàëà âðåìåíè T. Èíòåðâàë T îáû÷íî áåðåòñÿ ðàâíûì ìàêñèìàëüíîìó âðåìåíè ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñèãíàëà èç êîíöà â êîíåö ñåòè;
2.
Åñëè ñðåäà çàíÿòà, ñòàíöèÿ ïðîäîëæàåò ïðîñëóøèâàíèå äî òåõ ïîð, ïîêà ñðåäà íå îñâîáîäèòñÿ, çàòåì ïåðåõîäèò ê øàãó 1;
3.
Åñëè ïåðåäà÷à çàäåðæàíà íà îäèí èíòåðâàë T, ñòàíöèÿ âîçâðàùàåòñÿ ê øàãó 1.
È çäåñü âîçíèêàåò âîïðîñ âûáîðà íàèáîëåå ýôôåêòèâíîãî çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðà p. Ãëàâíàÿ ïðîáëåìà, êàê èçáåæàòü íåñòàáèëüíîñòè ïðè âûñîêèõ çàãðóçêàõ. Ðàññìîòðèì ñèòóàöèþ, ïðè êîòîðîé n ñòàíöèé íàìåðåíû ïåðåäàòü êàäðû, â òî âðåìÿ, êàê óæå èäåò ïåðåäà÷à. Ïî îêîí÷àíèþ ïåðåäà÷è îæèäàåìîå êîëè÷åñòâî ñòàíöèé, êîòîðûå ïîïûòàþòñÿ ïåðåäàâàòü, áóäåò ðàâíî ïðîèçâåäåíèþ êîëè÷åñòâà æåëàþùèõ ïåðåäàâàòü ñòàíöèé íà âåðîÿòíîñòü ïåðåäà÷è, òî åñòü np. Åñëè np > 1, òî â ñðåäíåì íåñêîëüêî ñòàíöèé áóäóò ïûòàòüñÿ ïåðåäàòü ñðàçó, ÷òî âûçîâåò êîëëèçèþ. Áîëåå òîãî, êàê òîëüêî êîëëèçèÿ áóäåò îáíàðóæåíà, âñå ñòàíöèè âíîâü ïåðåéäóò ê øàãó 1, ÷òî âûçîâåò ïîâòîðíóþ êîëëèçèþ.  õóäøåì ñëó÷àå, íîâûå ñòàíöèè, æåëàþùèå ïåðåäàâàòü, ìîãóò äîáàâèòüñÿ ê n, ÷òî åùå áîëüøå óñóãóáèò ñèòóàöèþ, ïðèâåäÿ, â êîíå÷íîì èòîãå, ê íåïðåðûâíîé êîëëèçèè è íóëåâîé ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòè. Âî èçáåæàíèè òàêîé êàòàñòðîôû np äîëæíî áûòü ìåíüøå åäèíèöû. Åñëè æå ñåòü ïîäâåðæåíà âîçíèêíîâåíèþ ñîñòîÿíèé, êîãäà ìíîãî ñòàíöèé îäíîâðåìåííî æåëàþò ïåðåäàâàòü, òî íåîáõîäèìî óìåíüøàòü p. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, êîãäà p ñòàíîâèòüñÿ ñëèøêîì ìàëûì, äàæå îòäåëüíàÿ ñòàíöèÿ ìîæåò ïðîæäàòü â ñðåäíåì (1 – p)/p èíòåðâàëîâ T, ïðåæäå ÷åì îñóùåñòâèò ïåðåäà÷ó. Òàê åñëè p=0,1, òî ñðåäíèé ïðîñòîé, ïðåäøåñòâóþùèé ïåðåäà÷å, ñîñòàâèò 9T.
Ïðîòîêîë CSMA/CD Ïðîòîêîë CSMA/CD [3] âîïëîòèë â ñåáå èäåè âûøåïåðå÷èñëåííûõ àëãîðèòìîâ è äîáàâèë âàæíûé ýëåìåíò – ðàçðåøåíèå êîëëèçèé. Ïîñêîëüêó êîëëèçèÿ ðàçðóøàåò âñå ïåðåäàâàåìûå â ìîìåíò åå îáðàçîâàíèÿ êàäðû, òî è íåò ñìûñëà ñòàíöèÿì ïðîäîëæàòü äàëüíåéøóþ ïåðåäà÷ó ñâîèõ êàäðîâ, êîëü ñêîðî îíè (ñòàíöèè) îáíàðóæèëè êîëëèçèè.  ïðîòèâíîì ñëó÷àå, çíà÷èòåëüíîé áûëà áû ïîòåðÿ âðåìåíè ïðè ïåðåäà÷å äëèííûõ êàäðîâ. Ïîýòîìó äëÿ ñâîåâðåìåííîãî îáíàðóæåíèÿ êîëëèçèè ñòàíöèÿ ïðîñëóøèâàåò ñðåäó íà âñåì ïðîòÿæåíèè ñîáñòâåííîé ïåðåäà÷è. Ïðèâåäåì îñíîâíûå ïðàâèëà àëãîðèòìà CSMA/CD äëÿ ïåðåäàþùåé ñòàíöèè. Ïåðåäà÷à êàäðà (ðèñ. 7.4 à): 1.
Ñòàíöèÿ, ñîáðàâøàÿñÿ ïåðåäàâàòü, ïðîñëóøèâàåò ñðåäó, è ïåðåäàåò, åñëè ñðåäà ñâîáîäíà.  ïðîòèâíîì ñëó÷àå (ò.å. åñëè ñðåäà çàíÿòà), ïåðåõîäèò ê øàãó 2. Ïðè ïåðåäà÷å íåñêîëüêèõ êàäðîâ ïîäðÿä ñòàíöèÿ âûäåðæèâàåò îïðåäåëåííóþ ïàóçó ìåæäó ïîñûëêàìè êàäðîâ – ìåæêàäðîâûé èíòåðâàë, ïðè÷åì ïîñëå êàæäîé òàêîé ïàóçû ïåðåä îòïðàâêîé ñëåäóþùåãî êàäðà ñòàíöèÿ âíîâü ïðîñëóøèâàåò ñðåäó (âîçâðàùåíèå íà íà÷àëî øàãà 1);
2.
Åñëè ñðåäà çàíÿòà, ñòàíöèÿ ïðîäîëæàåò ïðîñëóøèâàòü ñðåäó äî òåõ ïîð, ïîêà ñðåäà íå ñòàíåò ñâîáîäíîé, è çàòåì ñðàçó æå íà÷èíàåò ïåðåäà÷ó;
3.
Êàæäàÿ ñòàíöèÿ, âåäóùàÿ ïåðåäà÷ó, ïðîñëóøèâàåò ñðåäó, è, â ñëó÷àå îáíàðóæåíèÿ êîëëèçèè, íå ïðåêðàùàåò ñðàçó æå ïåðåäà÷ó, à ñíà÷àëà ïåðåäàåò êîðîòêèé ñïåöèàëüíûé ñèãíàë êîëëèçèè – jam-ñèãíàë, èíôîðìèðóÿ äðóãèå ñòàíöèè î êîëëèçèè, è ïðåêðàùàåò ïåðåäà÷ó;
4.
Ïîñëå ïåðåäà÷è jam-ñèãíàëà ñòàíöèÿ çàìîëêàåò è æäåò íåêîòîðîå ïðîèçâîëüíîå âðåìÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðàâèëîì áèíàðíîé ýêñïîíåíöèàëüíîé çàäåðæêè, à çàòåì âîçâðàùàåòñÿ ê øàãó 1.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
157
Ìåæêàäðîâûé èíòåðâàë IFG (interframe gap) ñîñòàâëÿåò 9,6 ìêì (12 áàéò). Ñ îäíîé ñòîðîíû, îí íåîáõîäèì äëÿ òîãî, ÷òîáû ïðèíèìàþùàÿ ñòàíöèÿ ìîãëà êîððåêòíî çàâåðøèòü ïðèåì êàäðà. Êðîìå ýòîãî, åñëè áû ñòàíöèÿ ïåðåäàâàëà êàäðû íåïðåðûâíî, îíà áû ïîëíîñòüþ çàõâàòèëà êàíàë è, òåì ñàìûì, ëèøèëà äðóãèå ñòàíöèè âîçìîæíîñòè ïåðåäà÷è. Jam-ñèãíàë (jamming – äîñëîâíî ãëóøåíèå). Ïåðåäà÷à jam-ñèãíàëà ãàðàíòèðóåò, ÷òî íè îäèí êàäð íå áóäåò ïîòåðÿí, òàê êàê âñå óçëû, êîòîðûå ïåðåäàâàëè êàäðû äî âîçíèêíîâåíèÿ êîëëèçèè, ïðèíÿâ jam-ñèãíàë, ïðåðâóò ñâîè ïåðåäà÷è è çàìîëêíóò â îæèäàíèè íîâîé ïîïûòêè ïåðåäàòü êàäðû. Jam-ñèãíàë äîëæåí áûòü äîñòàòî÷íîé äëèíû, ÷òîáû îí äîøåë äî ñàìûõ óäàëåííûõ ñòàíöèé êîëëèçèîííîãî äîìåíà ñ ó÷åòîì äîïîëíèòåëüíîé çàäåðæêè SF (safety margin) íà âîçìîæíûõ ïîâòîðèòåëÿõ. Ñîäåðæàíèå jam-ñèãíàëà íå ïðèíöèïèàëüíî çà èñêëþ÷åíèåì òîãî, ÷òî îíî íå äîëæíî ñîîòâåòñòâîâàòü çíà÷åíèþ ïîëÿ CRC ÷àñòè÷íî ïåðåäàííîãî êàäðà (802.3), è ïåðâûå 62 áèòà äîëæíû ïðåäñòàâëÿòü ÷åðåäîâàíèå 1 è 0 ñî ñòàðòîâûì áèòîì 1.
a) 1) Готовит кадр для передачи 2) Устанавливает число попыток в 0
Да
Прослушивает среду. Идет ли передача другим узлом? Нет Ждет время IFG и начинает передавать
Обнаружена ли коллизия?
Да
Нет Завершает передачу и устанавливает статус передачи “передача завершена” Устанавливает статус передачи: “передача не прошла, превышено число попыток”
Передает jam сигнал, увеличивает число попыток на 1
Да
Проверяет, число попыток >16 Нет Вычисляет экспоненциальную задержку и ждет
б) Нет
Обнаружен ли приемный сигнал? Да
Верно ли поле FCS кадра?
Нет
Да Нет Да Передает кадр на обработку протоколам более высокого уровня
Кадр сбрасывается
Ðèñ. 7.4. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà àëãîðèòìà CSMA/CD (óðîâåíü MAC): à) ïðè ïåðåäà÷å êàäðà ñòàíöèåé; á) ïðè ïðèåìå êàäðà ñòàíöèåé
158
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Íà ðèñ. 7.5 ïðîèëëþñòðèðîâàí ïðîöåññ îáíàðóæåíèÿ êîëëèçèè ïðèìåíèòåëüíî ê òîïîëîãèè "øèíà" (íà îñíîâå òîíêîãî èëè òîëñòîãî êîàêñèàëüíîãî êàáåëÿ (ñòàíäàðòû 10Base5 è 10Base2 ñîîòâåòñòâåííî).  ìîìåíò âðåìåíè t 0 óçåë A (DTE A) íà÷èíàåò ïåðåäà÷ó, åñòåñòâåííî ïðîñëóøèâàÿ ñâîé æå ïåðåäàâàåìûé ñèãíàë.  ìîìåíò âðåìåíè
t1 ,
êîãäà êàäð ïî÷òè äîøåë äî óçëà B (DTE B),
ýòîò óçåë, íå çíàÿ î òîì, ÷òî óæå èäåò ïåðåäà÷à, ñàì íà÷èíàåò ïåðåäàâàòü.  ìîìåíò âðåìåíè t 2 = t 1 + ∆ , óçåë B îáíàðóæèâàåò êîëëèçèþ (óâåëè÷èâàåòñÿ ïîñòîÿííàÿ ñîñòàâëÿþùåé ýëåêòðè÷åñêîãî ñèãíàëà â ïðîñëóøèâàåìîé ëèíèè). Ïîñëå ýòîãî óçåë B ïåðåäàåò jam-ñèãíàë è ïðåêðàùàåò ïåðåäà÷ó.  ìîìåíò âðåìåíè t 3 ñèãíàë êîëëèçèè äîõîäèò äî óçëà A, ïîñëå ÷åãî A òàêæå ïåðåäàåò jam-ñèãíàë è ïðåêðàùàåò ïåðåäà÷ó.
t 0= 0 A
B
A
B
A
B
A
B
t 1 = t p- ∆
t 2= t p
t 3 = 2tp - ∆
Ðèñ. 7.5. Îáíàðóæåíèå êîëëèçèè â øèíå ïðè èñïîëüçîâàíèè ñõåìû CSMA/CD ñòàíäàðòà Ethernet
Ïî ñòàíäàðòó Ethernet óçåë íå ìîæåò ïåðåäàâàòü î÷åíü êîðîòêèå êàäðû, èëè, èíûìè ñëîâàìè, âåñòè î÷åíü êîðîòêèå ïåðåäà÷è. Êàê ãîâîðèëîñü ïðè îïèñàíèè ôîðìàòà êàäðà, äàæå åñëè ïîëå äàííûõ íå çàïîëíåíî äî êîíöà, òî ïîÿâëÿåòñÿ ñïåöèàëüíîå äîïîëíèòåëüíîå ïîëå, óäëèíÿþùåå êàäð äî ìèíèìàëüíîé äëèíû 64 áàéòà áåç ó÷åòà ïðåàìáóëû. Âðåìÿ êàíàëà ST (slot time) – ýòî ìèíèìàëüíîå âðåìÿ, â òå÷åíèå êîòîðîãî óçåë îáÿçàí âåñòè ïåðåäà÷ó, çàíèìàòü êàíàë. Ýòî âðåìÿ ñîîòâåòñòâóåò ïåðåäà÷å êàäðà ìèíèìàëüíîãî äîïóñòèìîãî ðàçìåðà, ïðèíÿòîãî ñòàíäàðòîì Ethernet IEEE 802.3. Âðåìÿ êàíàëà ñâÿçàíî ñ ìàêñèìàëüíûì äîïóñòèìûì ðàññòîÿíèåì ìåæäó óçëàìè ñåòè – äèàìåòðîì êîëëèçèîííîãî äîìåíà. Äîïóñòèì, ÷òî â ïðèâåäåííîì âûøå ïðèìåðå ðåàëèçóåòñÿ íàèõóäøèé ñöåíàðèé, êîãäà ñòàíöèè A è B óäàëåíû äðóã îò äðóãà íà ìàêñèìàëüíîå ðàññòîÿíèå. Âðåìÿ ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñèãíàëà îò A äî B îáîçíà÷èì ÷åðåç t p . Óçåë A íà÷èíàåò ïåðåäàâàòü â íóëåâîé ìîìåíò âðåìåíè. Óçåë B íà÷èíàåò ïåðåäàâàòü â ìîìåíò âðåìåíè
t1 = t p − ∆
è îáíàðóæèâàåò êîëëèçèþ ñïóñòÿ èíòåð-
∆ ïîñëå íà÷àëà ñâîåé ïåðåäà÷è. Óçåë A îáíàðóæèâàåò êîëëèçèþ â ìîìåíò âðåìåíè t 3 = 2t p − ∆ . Äëÿ òîãî, ÷òîáû êàäð, èñïóùåííûé A, íå áûë ïîòåðÿí, íåîáõîäèìî, ÷òîáû óçåë A
âàë
íå ïðåêðàùàë âåñòè ïåðåäà÷ó ê ýòîìó ìîìåíòó, òàê êàê òîãäà, îáíàðóæèâ êîëëèçèþ, óçåë A áóäåò çíàòü, ÷òî åãî êàäð íå äîøåë, è ïîïûòàåòñÿ ïåðåäàâàòü åãî ïîâòîðíî.  ïðîòèâíîì ñëó÷àå, êàäð áóäåò ïîòåðÿí. Ìàêñèìàëüíîå âðåìÿ, ñïóñòÿ êîòîðîå ñ ìîìåíòà íà÷àëà ïåðåäà÷è óçåë A åùå ìîæåò îáíàðóæèòü êîëëèçèþ, ðàâíî 2 t p – ýòî âðåìÿ íàçûâàåòñÿ çàäåðæêîé íà äâîéíîì ïðîáåãå RTD (round-trip delay).  áîëåå îáùåì ñëó÷àå, RTD îïðåäåëÿåò ñóììàðíóþ çàäåðæêó, ñâÿçàííóþ êàê ñ çàäåðæêîé èç-çà êîíå÷íîé äëèíû ñåãìåíòîâ, òàê è ñ çàäåðæêîé, âîçíèêàþùåé ïðè îáðàáîòêå êàäðîâ íà ôèçè÷åñêèì óðîâíå ïðîìåæóòî÷íûõ ïîâòîðèòåëåé è îêîíå÷íûõ óçëîâ ñåòè. Äàëåå óäîáíî èñïîëüçîâàòü òàêæå äðóãóþ åäèíèöó èçìåðåíèÿ âðåìåíè:
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
159
áèòîâîå âðåìÿ BT (bit time). Âðåìÿ â 1 BT ñîîòâåòñòâóåò âðåìåíè, íåîáõîäèìîìó äëÿ ïåðåäà÷è îäíîãî áèòà, ò.å. 0,1 ìêñ ïðè ñêîðîñòè 10 Ìáèò/ñ. Ñòàíäàðòîì Ethernet ðåãëàìåíòèðîâàíû ñëåäóþùèå ïðàâèëà îáíàðóæåíèÿ êîëëèçèè êîíå÷íûì óçëîì ñåòè [4]: 1.
Óçåë A äîëæåí îáíàðóæèòü êîëëèçèþ äî òîãî, êàê ïåðåäàñò ñâîé 512-é áèò, âêëþ÷àÿ áèòû ïðåàìáóëû;
2.
Óçåë À äîëæåí ïðåêðàòèòü ïåðåäà÷ó ðàíüøå, ÷åì áóäåò ïåðåäàí êàäð ìèíèìàëüíîé äëèíû – ïåðåäàíî 576 áèò (512 áèò ïîñëå îãðàíè÷èòåëÿ íà÷àëà êàäðà SFD);
3.
Ïåðåêðûòèå ìåæäó ïåðåäà÷àìè óçëîâ A è B – áèòîâûé èíòåðâàë, íà÷èíàÿ ñ ìîìåíòà ïåðåäà÷è ïåðâîãî áèòà ïðåàìáóëû óçëîì A è çàêàí÷èâàÿ ïðèåìîì óçëîì A ïîñëåäíåãî áèòà, èñïóùåííîãî óçëîì B, – äîëæíî áûòü ìåíüøå, ÷åì 575 BT.
Ïîñëåäíåå óñëîâèå äëÿ ñåòè Ethernet ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå âàæíûì, ïîñêîëüêó åãî âûïîëíåíèå àâòîìàòè÷åñêè âëå÷åò âûïîëíåíèå è ïåðâûõ äâóõ. Ýòî òðåòüå óñëîâèå çàäàåò îãðàíè÷åíèå íà äèàìåòð ñåòè. Ïðèìåíèòåëüíî ê çàäåðæêå íà äâîéíîì ïðîáåãå RTD òðåòüå óñëîâèå ìîæíî ñôîðìóëèðîâàòü â âèäå: RTD < 575 ÂÒ. Ïðè ïåðåäà÷å áîëüøèõ êàäðîâ, íàïðèìåð 1500 áàéò, êîëëèçèÿ, åñëè îíà âîîáùå âîçíèêíåò, îáíàðóæèâàåòñÿ ïðàêòè÷åñêè â ñàìîì íà÷àëå ïåðåäà÷è, íå ïîçäíåå ïåðâûõ 64 ïåðåäàííûõ áàéò (åñëè êîëëèçèÿ íå âîçíèêëà â ýòî âðåìÿ, òî ïîçæå îíà óæå íå âîçíèêíåò, ïîñêîëüêó âñå ñòàíöèè ïðîñëóøèâàþò ëèíèþ è, "ñëûøà" ïåðåäà÷ó, áóäóò ìîë÷àòü). Òàê êàê jamñèãíàë çíà÷èòåëüíî êîðî÷å ïîëíîãî ðàçìåðà êàäðà, òî ïðè èñïîëüçîâàíèè àëãîðèòìà CSMA/CD êîëè÷åñòâî â õîëîñòóþ èçðàñõîäîâàííîé åìêîñòè êàíàëà ñîêðàùàåòñÿ äî âðåìåíè, òðåáóåìîãî íà îáíàðóæåíèå êîëëèçèè. Ðàííåå îáíàðóæåíèå êîëëèçèé ïðèâîäèò ê áîëåå ýôôåêòèâíîìó èñïîëüçîâàíèþ êàíàëà. Ïîçäíåå îáíàðóæåíèå êîëëèçèé, ñâîéñòâåííîå áîëåå ïðîòÿæåííûì ñåòÿì, êîãäà äèàìåòð êîëëèçèîííîãî äîìåíà ñîñòàâëÿåò íåñêîëüêî êèëîìåòðîâ, ñíèæàåò ýôôåêòèâíîñòü ðàáîòû ñåòè. Íà îñíîâàíèè óïðîùåííîé òåîðåòè÷åñêîé ìîäåëè ïîâåäåíèÿ çàãðóæåííîé ñåòè (â ïðåäïîëîæåíèè áîëüøîãî ÷èñëà îäíîâðåìåííî ïåðåäàþùèõ ñòàíöèé è ôèêñèðîâàííîé ìèíèìàëüíîé äëèíû ïåðåäàâàåìûõ êàäðîâ ó âñåõ ñòàíöèé) ìîæíî âûðàçèòü ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñåòè U ÷åðåç îòíîøåíèå RTD/ST, [5]:
U=
1 1 ≈ , 1 + (e − 1) RDT ST 1 + 1,72 RDT ST
ãäå e – îñíîâàíèå íàòóðàëüíîãî ëîãàðèôìà. Íà ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñåòè âëèÿåò ðàçìåð òðàíñëèðóåìûõ êàäðîâ è äèàìåòð ñåòè. Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü â íàèõóäøåì ñëó÷àå (êîãäà RDT = ST) ñîñòàâëÿåò îêîëî 37%, à â íàèëó÷øåì ñëó÷àå (êîãäà RTD ìíîãî ìåíüøå, ÷åì ST) ñòðåìèòñÿ ê 1. Õîòÿ ôîðìóëà è âûâåäåíà â ïðåäåëå áîëüøîãî ÷èñëà ñòàíöèé, ïûòàþùèõñÿ ïåðåäàâàòü îäíîâðåìåííî, îíà íå ó÷èòûâàåò îñîáåííîñòåé àëãîðèòìà óñå÷åííîé áèíàðíîé ýêñïîíåíöèàëüíîé çàäåðæêè, ðàññìîòðåííîãî íèæå, è íå ñïðàâåäëèâà äëÿ ñèëüíî ïåðåãðóæåííîé êîëëèçèÿìè ñåòè, íàïðèìåð, êîãäà ñòàíöèé, æåëàþùèõ ïåðåäàâàòü, ñòàíîâèòñÿ áîëüøå 15. Óñå÷åííàÿ áèíàðíàÿ ýêñïîíåíöèàëüíàÿ çàäåðæêà. Àëãîðèòì, ïðèíÿòûé â ñòàíäàðòå IEEE 802.3 CSMA/CD, íàèáîëåå áëèçîê ê 1-ïîñòîÿííîìó àëãîðèòìó, íî îòëè÷àåòñÿ äîïîëíèòåëüíûì ýëåìåíòîì – óñå÷åííîé áèíàðíîé ýêñïîíåíöèàëüíîé çàäåðæêîé. Ïðè âîçíèêíîâåíèè êîëëèçèè ñòàíöèÿ ïîäñ÷èòûâàåò, ñêîëüêî ðàç ïîäðÿä ïðè îòïðàâêå ïàêåòà âîçíèêàåò êîëëèçèÿ. Ïîñêîëüêó ïîâòîðÿþùèåñÿ êîëëèçèè ñâèäåòåëüñòâóþò î âûñîêîé çàãðóæåííîñòè ñðåäû, MAC-óçåë ïûòàåòñÿ óâåëè÷èâàòü çàäåðæêó ìåæäó ïîâòîðíûìè ïîïûòêàìè ïåðåäà÷è êàäðà. Ñîîòâåòñòâóþùàÿ ïðîöåäóðà óâåëè÷åíèÿ èíòåðâàëîâ âðåìåíè ïîä÷èíÿåòñÿ ïðàâèëó óñå÷åííîé áèíàðíîé ýêñïîíåíöèàëüíîé çàäåðæêè è ðàáîòàåò ñëåäóþùèì îáðàçîì. Êîëè÷åñòâî ñëîòîâûõ âðåìåí (èíòåðâàëîâ ïî 51,2 ìêñ), êîòîðîå ñòàíöèÿ æäåò ïåðåä òåì, êàê ñîâåðøèòü N-óþ ïîïûòêó ïåðåäà÷è (N – 1 ïîïûòîê ïîòåðïåëè ôèàñêî èç-çà âîçíèêíîâåíèÿ êîëëèçèé âî âðåìÿ ïåðåäà÷è), ïðåäñòàâëÿåò ñëó÷àéíîå öåëîå ÷èñëî R ñ îäíîðîäíîé ôóíêöèåé ðàñïðåäåëåíèÿ â èíòåðâàëå
0 ≤ R < 2K ,
ãäå
K = min( N, BL) ,
è
BL
(backoff limit) –
óñòàíîâëåííàÿ ñòàíäàðòîì ïðåäåëüíàÿ çàäåðæêà, ðàâíàÿ 10. Åñëè ÷èñëî ïîñëåäîâàòåëüíûõ áåçóñïåøíûõ ïîïûòîê îòïðàâèòü êàäð äîõîäèò äî 16, òî åñòü êîëëèçèÿ âîçíèêàåò 16 ðàç ïîäðÿä, òî êàäð ñáðàñûâàåòñÿ. Àëãîðèòì CSMA/CD ñ èñïîëüçîâàíèåì óñå÷åííîé áèíàðíîé ýêñïîíåíöèàëüíîé çàäåðæêè ïðèçíàí ëó÷øèì ñðåäè ìíîæåñòâà àëãîðèòìîâ ñëó÷àéíîãî äîñòóïà è îáåñïå÷èâàåò ýôôåêòèâíóþ ðàáîòó ñåòè êàê ïðè ìàëûõ, òàê è ïðè ñðåäíèõ çàãðóçêàõ. Ïðè áîëüøèõ çàãðóçêàõ ñëåäóåò
160
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
îòìåòèòü äâà íåäîñòàòêà. Âî-ïåðâûõ, ïðè áîëüøîì ÷èñëå êîëëèçèé ñòàíöèÿ 1, êîòîðàÿ âïåðâûå ñîáèðàåòñÿ îòïðàâèòü êàäð (äî ýòîãî íå ïûòàëàñü ïåðåäàâàòü êàäðû), èìååò ïðåèìóùåñòâî ïåðåä ñòàíöèåé 2, êîòîðàÿ óæå íåñêîëüêî ðàç áåçóñïåøíî ïûòàëàñü ïåðåäàòü êàäð, íàòûêàÿñü íà êîëëèçèè, ïîñêîëüêó ñòàíöèÿ 2 îæèäàåò çíà÷èòåëüíîå âðåìÿ ïåðåä ïîñëåäóþùèìè ïîïûòêàìè â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðàâèëîì áèíàðíîé ýêñïîíåíöèàëüíîé çàäåðæêè. Òàêèì îáðàçîì, ìîæåò íàáëþäàòüñÿ íåðåãóëÿðíîñòü ïåðåäà÷è êàäðîâ, ÷òî íåæåëàòåëüíî äëÿ çàâèñÿùèõ îò âðåìåíè ïðèëîæåíèé. Âî-âòîðûõ, ïðè áîëüøîé çàãðóæåííîñòè ñíèæàåòñÿ ýôôåêòèâíîñòü ðàáîòû ñåòè â öåëîì. Îöåíêè ïîêàçûâàþò, ÷òî ïðè îäíîâðåìåííîé ïåðåäà÷å 25 ñòàíöèÿìè îáùàÿ ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ ñíèæàåòñÿ ïðèìåðíî â 2 ðàçà [6]. Íî ÷èñëî ñòàíöèé â êîëëèçèîííîì äîìåíå ìîæåò áûòü áîëüøå, ïîñêîëüêó äàëåêî íå âñå îíè îäíîâðåìåííî áóäóò îáðàùàòüñÿ ê ñðåäå. Ïðèåì êàäðà (ðèñ. 7.4 á). Ïðèíèìàþùàÿ ñòàíöèÿ èëè äðóãîå ñåòåâîå óñòðîéñòâî, íàïðèìåð êîíöåíòðàòîð èëè êîììóòàòîð, ïåðâûì äåëîì ñèíõðîíèçèðóåòñÿ ïî ïðåàìáóëå è çàòåì ïðåîáðàçîâûâàåò ìàí÷åñòåðñêèé êîä â áèíàðíóþ ôîðìó (íà ôèçè÷åñêîì óðîâíå). Äàëåå îáðàáàòûâàåòñÿ áèíàðíûé ïîòîê. Íà óðîâíå MAC îñòàâøèåñÿ áèòû ïðåàìáóëû ñáðàñûâàþòñÿ, à ñòàíöèÿ ÷èòàåò àäðåñ íàçíà÷åíèÿ è ñðàâíèâàåò åãî ñî ñâîèì ñîáñòâåííûì. Åñëè àäðåñà ñîâïàäàþò, òî ïîëÿ êàäðà, çà èñêëþ÷åíèåì ïðåàìáóëû, SDF è FCS ïîìåùàþòñÿ â áóôåð è âû÷èñëÿåòñÿ êîíòðîëüíàÿ ñóììà, êîòîðàÿ ñðàâíèâàåòñÿ ñ ïîëåì êîíòðîëüíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè êàäðà FCS (èñïîëüçóåòñÿ ìåòîä öèêëè÷åñêîãî ñóììèðîâàíèÿ CRC-32). Åñëè îíè ðàâíû, òî ñîäåðæèìîå áóôåðà ïåðåäàåòñÿ ïðîòîêîëó áîëåå âûñîêîãî óðîâíÿ.  ïðîòèâíîì ñëó÷àå êàäð ñáðàñûâàåòñÿ. Âîçíèêíîâåíèå êîëëèçèè ïðè ïðèåìå êàäðà îáíàðóæèâàåòñÿ ëèáî ïî èçìåíåíèþ ýëåêòðè÷åñêîãî ïîòåíöèàëà (åñëè èñïîëüçóåòñÿ êîàêñèàëüíûé ñåãìåíò), ëèáî ïî ôàêòó ïðèåìà äåôåêòíîãî êàäðà (íåâåðíàÿ êîíòðîëüíàÿ ñóììà), åñëè èñïîëüçóåòñÿ âèòàÿ ïàðà èëè îïòè÷åñêîå âîëîêíî.  îáîèõ ñëó÷àÿõ ïðèíÿòàÿ èíôîðìàöèÿ ñáðàñûâàåòñÿ. Îñíîâíûå ôóíêöèîíàëüíûå ïàðàìåòðû ñòàíäàðòà Ethernet ïðèâåäåíû â òàáë. 7.1.
Òàáëèöà 7.1. Îñíîâíûå ôóíêöèîíàëüíûå ïàðàìåòðû Ethernet IEEE 802.3 Áèòîâàÿ ñêîðîñòü, Ìáèò/ñ Âðåìÿ ñëîòà, ìêñ (BT) Ìåæêàäðîâûé èíòåðâàë, ìêñ (BT)
10 (Ìàí÷åñòåðñêîå êîäèðîâàíèå) 51,2 (512) 9,6 (96)
Ïðåäåë ïîïûòîê
16
Ïðåäåëüíàÿ çàäåðæêà
10
Ðàçìåð jam-ñèãíàëà, áèò
32
Ìàêñèìàëüíûé ðàçìåð êàäðà, áàéò
1518
Ìèíèìàëüíûé ðàçìåð êàäðà, áàéò
64
Äëèòåëüíîñòü Jabber-ñèãíàëà, ïðè êîòîðîé ïîâòîðèòåëü îñòàíàâëèâàåò ïåðåäà÷ó è èçîëèðóåò ñåãìåíò, ìñ
20-150
Ñïåöèôèêàöèè ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ IEEE 802.3 è òèïû ïîðòîâ Ïåðâîíà÷àëüíî â 1985 ãîäó, êîãäà áûë îïóáëèêîâàí ñòàíäàðò IEEE 802.3, èñïîëüçîâàëèñü òîëüêî äâà òèïà ïåðåäàþùåé ñðåäû: òîíêèé êîàêñèàëüíûé êàáåëü (äèàìåòð 6 ìì) – ñòàíäàðò ôèçè÷åñêîãî èíòåðôåéñà BNC (10Base-2), è òîëñòûé êîàêñèàëüíûé êàáåëü (äèàìåòð 13 ìì) – ñòàíäàðò AUI (10Base-5, ïîäêëþ÷åíèå òîëñòîãî êîàêñèàëüíîãî êàáåëÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ ïîñðåäñòâîì ñïåöèàëüíîãî òðàíñèâåðà). Ïîçäíåå ïîÿâèëèñü åùå òðè èíòåðôåéñà: íà âèòóþ ïàðó – RJ-45 (10Base-T), íà êîàêñèàëüíûé êàáåëü äëÿ øèðîêîïîëîñíûõ ñåòåé êàáåëüíîãî òåëåâèäåíèÿ ñîïðîòèâëåíèåì 75 Îì – (10Broad36), è íà îïòè÷åñêîå ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî (ïàðà âîëîêîí) – ñîåäèíèòåëè ST (10Base-F). Åùå ïîçæå ïîÿâèëñÿ èíòåðôåéñ íà îäíîìîäîâîå îïòè÷åñêîå âîëîêíî. Ñòàíäàðò 10Base-F, â ñâîþ î÷åðåäü, ïîäðàçäåëÿåòñÿ åùå íà òðè ñïåöèôèêàöèè: •
10Base-FP – îïðåäåëÿåò òîïîëîãèþ ïàññèâíîé çâåçäû íà îñíîâå âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ñåãìåíòîâ äëèíîé äî 1 êì è ÷èñëîì ñòàíöèé äî 33. Ïðè òàêîé òîïîëîãèè êàæäûé óäàëåííûé óçåë ñâÿçûâàåòñÿ ñ öåíòðàëüíûì óçëîì ïàðîé âîëîêîí. Ñèãíàë èç öåíòðàëüíîãî
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
161
óçëà ðàçìíîæàåòñÿ îïòè÷åñêèì îòâåòâèòåëåì è èäåò íà âñå óäàëåííûå óçëû. Ñèãíàëû îò óäàëåííûõ óçëîâ èäóò ïî îáðàòíîìó âîëîêíó íà îïòè÷åñêèé êîììóòàòîð (êîìáàéíåð), ïîñëå ÷åãî ïîïàäàþò íà âõîä öåíòðàëüíîãî óçëà. Ïðè ïðèõîäå îäíîâðåìåííî íåñêîëüêèõ ñèãíàëîâ íà öåíòðàëüíûé óçåë âîçíèêàåò êîëëèçèÿ, êîòîðàÿ ðàçðåøàåòñÿ ñòàíäàðòíûì ïóòåì. •
10Base-FB. Ýòà ñïåöèôèêàöèÿ îïðåäåëÿåò äâóõâîëîêîííûé êàíàë ïðîòÿæåííîñòüþ äî 2 êì äëÿ ñîçäàíèÿ ìàãèñòðàëüíûõ ñåãìåíòîâ "òî÷êà-òî÷êà" ìåæäó ïîâòîðèòåëÿìè. Îíà áàçèðóåòñÿ íà ñèíõðîííîé ñèñòåìå ïðèåìà-ïåðåäà÷è, îáåñïå÷èâàÿ âîññòàíîâëåíèå òàéìåðíûõ õàðàêòåðèñòèê è áîëüøîå ÷èñëî (äî 15) ïîñëåäîâàòåëüíî óñòàíîâëåííûõ ïîâòîðèòåëåé.
•
10Base-FL – îïðåäåëÿåò äâóõâîëîêîííûé êàíàë ïðîòÿæåííîñòüþ äî 2 êì, êîòîðûé ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ óñòàíîâëåíèè ñîåäèíåíèÿ "òî÷êà-òî÷êà" ìåæäó ñòàíöèåé è ïîâòîðèòåëåì, èëè ìåæäó äâóìÿ ïîâòîðèòåëÿìè. Àñèíõðîííàÿ ñèñòåìà ïðèåìà-ïåðåäà÷è (â îòëè÷èè îò ïðèíÿòîé â 10Base-FB) ïîçâîëÿåò çíà÷èòåëüíî ñíèçèòü ñòîèìîñòü îáîðóäîâàíèÿ. Ïîÿâëåíèå ñòàíäàðòà íà îäíîìîäîâîå âîëîêíî äàëî âîçìîæíîñòü ñòðîèòü ñâåðõïðîòÿæåííûå ñåãìåíòû (äî 100 êì, äóïëåêñíûé ðåæèì), è ñäåëàëî áîëåå âåñîìûìè àðãóìåíòû â ïîëüçó ñòàíäàðòà 10Base-FL. Ýòà ñïåöèôèêàöèÿ ïîëó÷èëà íàèáîëåå øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå â ñîâðåìåííûõ ñåòÿõ Ethernet.
 òàáë. 7.2 óêàçàíû òèïû ôèçè÷åñêèõ èíòåðôåéñîâ Ethernet è èõ îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè (ñïåöèôèêàöèè 10Broad36, 10Base-FP è 10Base-FB äàëåå íå ðàññìàòðèâàþòñÿ ââèäó èõ ðåäêîãî ïðèìåíåíèÿ).
Òàáëèöà 7.2. Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè ôèçè÷åñêèõ èíòåðôåéñîâ ñòàíäàðòà Ethernet IEEE 802.3 Õàðàêòåðèñòèêà
10Base5
10Base2
10Base-T
10Base-FL
AUI
BNC
RJ-45 (MDI èëè MDI-X)
ST
Òîëñòûé êîàêñèàëüíûé êàáåëü (50 Îì)
Òîíêèé êîàêñèàëüíûé êàáåëü (50 Îì)
Âèòàÿ ïàðà UTP cat.3 è âûøå
Îïòè÷åñêîå âîëîêíî mm/sm*
Ìàí÷åñòåð
Ìàí÷åñòåð
Ìàí÷åñòåð
Ìàí÷åñòåð / onoff
Ôèçè÷åñêàÿ òîïîëîãèÿ**
Øèíà
Øèíà
Çâåçäà, äåðåâî
Çâåçäà, äåðåâî
Ëîãè÷åñêàÿ òîïîëîãèÿ
Øèíà
Øèíà
Øèíà
Øèíà
Ìàêñèìàëüíàÿ äëèíà ñåãìåíòà, ì
500
185
100
mm – 2000, sm –***
Êîëè÷åñòâî óçëîâ íà ñåãìåíò
100 (ñìåøàííûé ñåãìåíò)
30 (ñìåøàííûé ñåãìåíò)
– (ñîåäèíåíèå "òî÷êà-òî÷êà")
– (ñîåäèíåíèå "òî÷êà-òî÷êà")
10 ìì
5 ìì
0,4-0,6 ìì
62,5/125 ìêì, 50/125 ìêì
Ïîðò óñòðîéñòâà Ñðåäà ïåðåäà÷è Ñèãíàëüíûé êîä
Äèàìåòð êàáåëÿ
Îáîçíà÷åíèÿ: MDI – èíòåðôåéñ ñåòåâîé êàðòû; MDI-X – èíòåðôåéñ ïîðòîâ ïîâòîðèòåëÿ èëè êîììóòàòîðà. Ïîâòîðèòåëü/êîììóòàòîð ìîãóò èìåòü îäèí èëè íåñêîëüêî ïîðòîâ RJ-45 òèïà MDI. * Äëèíà âîëíû 850 íì èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ìíîãîìîäîâîãî (mm) ÂÎÊ – ñîáñòâåííî ñòàíäàðò 10Base-FL, è 1310 íì – äëÿ îäíîìîäîâîãî (sm) è ìíîãîìîäîâîãî ÂÎÊ. ** Äîïóñòèìà òàêæå ñìåøàííàÿ ôèçè÷åñêàÿ òîïîëîãèÿ, îäíàêî ëîãè÷åñêàÿ òîïîëîãèÿ âñåãäà øèíà. *** Ïðè èñïîëüçîâàíèè îäíîìîäîâîãî ÂÎÊ äëèíà ñåãìåíòà îãðàíè÷èâàåòñÿ ìàêñèìàëüíûì äèàìåòðîì êîëëèçèîííîãî äîìåíà Ethernet. Åñëè ñâÿçü îñóùåñòâëÿåòñÿ ìåæäó äâóìÿ êîììóòàòîðàìè â ðåæèìå ïîëíîãî äóïëåêñà, òî ðàññòîÿíèå ìîæåò äîñòèãàòü 100 êì.
162
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
7.2. Îñíîâíûå òèïû óñòðîéñòâ Ethernet AUI èíòåðôåéñ è òðàíñèâåðû Ethernet Èíòåðôåéñ AUI (attachment unit interface) – ýòî ñðåäîíåçàâèñèìûé èíòåðôåéñ â ðàìêàõ ñòàíäàðòà Ethernet, êîòîðûé îáåñïå÷èâàåò âåðòèêàëüíîå âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó ïîäóðîâíåì ôèçè÷åñêîé ñèãíàëèçàöèè PLS (physical signaling) è ïîäóðîâíåì ôèçè÷åñêîãî ïîäêëþ÷åíèÿ ê ñðåäå PMA (physical medium attachment), ðèñ. 7.6. Ýòîò èíòåðôåéñ ìîæåò áûòü ëèáî èíòåãðèðîâàí âíóòðè ñåòåâîãî óñòðîéñòâà (òîãäà íàðóæó ïðåäîñòàâëÿåòñÿ îäèí èç ñòàíäàðòíûõ èíòåðôåéñîâ, íàïðèìåð 10Base-T, èëè 10Base-FL), ëèáî ñàì âûâîäèòñÿ íàðóæó. Îòäåëüíîå óñòðîéñòâî ñ óðîâíÿìè PMA è MDI íàçûâàåòñÿ òðàíñèâåðîì (transceiver) – MAU (media attachment unit, ýëåìåíò ïîäêëþ÷åíèÿ ñðåäû). Ñòàíäàðòíûé ðàçúåì ñî ñòîðîíû óñòðîéñòâà, îõâàòûâàþùåãî âûøåëåæàùèå óðîâíè, ò.å. PLS è âûøå (òàêèì óñòðîéñòâîì ìîæåò áûòü ñåòåâàÿ êàðòà, êîììóòàòîð, êîíöåíòðàòîð) íàçûâàåòñÿ AUI ïîðòîì, à ñî ñòîðîíû óñòðîéñòâà, îõâàòûâàþùåãî íèæåëåæàùèå óðîâíè, ò.å. PMA è MDI, – ïîðòîì MAU. Ïîðò AUI èìååò 15 êîíòàêòîâ (ãíåçä), è ñîîòâåòñòâåííî, ïîðò MAU èìååò 15-êîíòàêòíûé (ïèíîâûé) ðàçúåì òàê, ÷òî òðàíñèâåð ìîæåò íåïîñðåäñòâåííî ïîäêëþ÷àòüñÿ ê AUI ïîðòó ñåòåâîãî óñòðîéñòâà. Äîïóñòèìî òàêæå ïîäêëþ÷åíèå òðàíñèâåðà ñòàíäàðòíûì òðàíñèâåðíûì èíòåðôåéñíûì êàáåëåì òîëùèíîé 1 ñì, äëèíà êîòîðîãî íå äîëæíà ïðåâûøàòü 50 ì. Íà ïðàêòèêå ïîëó÷èëè ðàñïðîñòðàíåíèå óïðîùåííûå òðàíñèâåðíûå êàáåëè ñ çàòóõàíèåì, â 4 ðàçà ïðåâûøàþùèì ñòàíäàðòíîå. Äëèíà òàêèõ êàáåëåé íå äîëæíà ïðåâûøàòü 12,5 ì. Èç 15 ìåäíûõ æèë òðàíñèâåðíîãî êàáåëÿ ðåàëüíî èñïîëüçóþòñÿ òîëüêî 10 – æèëû ñ ïîðÿäêîâûìè íîìåðàìè 4, 7, 8, 14 è 15 íå èñïîëüçóþòñÿ. Ïèòàíèå òðàíñèâåðà îñóùåñòâëÿåòñÿ ïî ýòîìó êàáåëþ îò ïîðòà AUI.
Модель OSI Прикладной
Стандарт Ethernet 7
LLC
Представительный 6 Сеансовый
5
Транспортный
4
Сетевой
3
Канальный
2
Физический
1
MAC
Обозначения: LLC - управление логическим каналом MAC - управление доступом к среде PLS - уровень физической сигнализации PMA - уровень физического подключения MDI - интерфейс, зависящий от среды
PLS Порт AUI (средонезависимый интерфейс) Порт MAU PMA MDI
Трансивер Ethernet (MAU)
Трансиверный кабель или прямое подключение Один из портов: RJ-45 (стандарт 10Base-T) ST FO (стандарт 10Base-FL) BNC (стандарт 10Base2)
Ðèñ. 7.6. Ñòðóêòóðà óðîâíåé ñòàíäàðòà Ethernet, AUI èíòåðôåéñ è òðàíñèâåð Ethernet
Ïî òèïó ñðåäîçàâèñèìîãî (ôèçè÷åñêîãî) èíòåðôåéñà ðàçëè÷àþò ÷åòûðå ðàçíîâèäíîñòè òðàíñèâåðîâ MAU: íà 10Base5 – òðàíñèâåð, îáåñïå÷èâàþùèé ïîäêëþ÷åíèå òîëñòîãî êîàêñèàëüíîãî êàáåëÿ, îáû÷íî òàêîé òðàíñèâåð èìååò ñïåöèàëüíûå "âàìïèðû" äëÿ çàêðåïëåíèÿ íà êàáåëå; íà 10Base2 (BNC) – òðàíñèâåð-ïåðåõîäíèê äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ ñåãìåíòà íà òîíêîì êîàêñèàëüíîì êàáåëå; íà 10Base-T (RJ-45) – òðàíñèâåð äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ âèòîé ïàðû; íà 10Base-FL (äâå îïòè÷åñêèå ðîçåòêè ST) – îïòè÷åñêèé òðàíñèâåð äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ âîëîêîííîîïòè÷åñêîãî êàáåëÿ (ÂÎÊ). Îñîáåííîñòüþ òðàíñèâåðîâ ÂÎÊ è íà âèòóþ ïàðó ÿâëÿåòñÿ ïîòåíöèàëüíàÿ ïîääåðæêà äóïëåêñíîãî ðåæèìà ðàáîòû. Îñíîâíûìè ïîñòàâùèêàìè îïòè÷åñêèõ òðàíñèâåðîâ íà ðîññèéñêîì ðûíêå ÿâëÿþòñÿ ôèðìû Allied Telesyn [7], NBase [8], SVEC [9], Surecom [10], Transition Networks [11]. Ôèðìà NBase ïîñòàâëÿåò íàèáîëåå øèðîêèé ñïåêòð îïòè÷åñêèõ òðàíñèâåðîâ, îò ìíîãîìîäîâûõ ñ ðàññòîÿíèåì äî 2 êì äî îäíîìîäîâûõ ñ ðàññòîÿíèåì äî 110 êì (òàáëèöà 7.3, ðèñ. 7.7 à).
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
163
à)
á)
â)
Ðèñ. 7.7. Âíåøíèé âèä: à) îïòè÷åñêîãî òðàíñèâåðà Ethernet [8], á) îïòè÷åñêîãî êîíâåðòåðà 10Base-FL/10Base-T [11] â) êîíâåðòåðíîãî øàññè Ethernet/Fast Ethernet [12]
Òàáëèöà 7.3. Òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ èíòåðôåéñîâ òðàíñèâåðîâ NX300FO ïðîèçâîäñòâà ôèðìû NBase Òèï òðàíñèâåðà NX300FO/x
FO/M
FO/MX
FO/S
FO/SX
FO/SY
FO/SZ
Òèï âîëîêíà, mm – ìíîãîìîäîâîå, sm – îäíîìîäîâîå
mm
mm
sm
sm
sm
sm
Äëèíà âîëíû, íì
850
1300
1300
1300
1300
1550
×óâñòâèòåëüíîñòü ïðèåìíèêà, äÁì
–28
–28
–28
–28
–28
–28
–6
–6
–6
–6
–6
–6
–10/0
0/6
0/2
Íàñûùåíèå ïðèåìíèêà, äÁì Äèàïàçîí çíà÷åíèé âûõîäíîé ìîùíîñòè, äÁì (min/max) Äîïóñòèìûé áþäæåò ëèíèè, äÁ (min/max) Òèïè÷íîå çàòóõàíèå â âîëîêíå íà äàííîé äëèíå âîëíû, äÁ/êì Îöåíêà äîïóñòèìîãî ðàññòîÿíèÿ, êì
–19/–14 –19/–14 –19/–14 9/14
9/14
9/14
18/28
28/34
28/30
4
2
0,4
0,4
0,4
0,2
0–2
0–5
0 – 18
15 – 35
30 – 60
40 – 110
Îïòè÷åñêèå êîíâåðòåðû Ethernet UTP (10Base-T/10Base-FL, 10Base2/10Base-FL) Îïòè÷åñêèå êîíâåðòåðû îáåñïå÷èâàþò ïðåîáðàçîâàíèå ýëåêòðè÷åñêîãî ñèãíàëà èç âèòîé ïàðû è òîíêîãî êîàêñèàëüíîãî êàáåëÿ â îïòè÷åñêèé ñèãíàë, èäóùèé ïî ìíîãîìîäîâîìó èëè îäíîìîäîâîìó âîëîêíó. Êîíâåðòåð, â îòëè÷èå îò òðàíñèâåðà, äîëæåí èìåòü ñâîé îòäåëüíûé áëîê ïèòàíèÿ. Êîíâåðòåðû ìîãóò âûïóñêàþòñÿ êàê â âèäå îòäåëüíîé íåáîëüøîé êîðîáî÷êè ñ âíåøíèì áëîêîì ïèòàíèÿ, ðèñ. 7.7 á, òàê è â âèäå øàññè 19’’, êîòîðîå ìîæåò íàïîëíÿòüñÿ ðàçíîîáðàçíûìè êîíâåðòåðíûìè ìîäóëÿìè, ðèñ. 7.7 â. Èñïîëíåíèå â âèäå øàññè îñîáåííî óäîáíî ïðè îáóñòðîéñòâå öåíòðàëüíûõ îïòè÷åñêèõ óçëîâ ñåòåé ñ òîïîëîãèåé çâåçäû. Ðàçíîîáðàçíûå ìîäóëè ïîçâîëÿþò ïîäêëþ÷àòüñÿ êàê ïî ìíîãîìîäîâîìó, òàê è ïî îäíîìîäîâîìó âîëîêíó, êàê ïî Ethernet, òàê è ïî Fast Ethernet. Äëÿ ïîâûøåíèÿ íàäåæíîñòè, øàññè íåêîòîðûõ ïðîèçâîäèòåëåé ìîãóò èìåòü ðåçåðâèðîâàíèå ïî ïèòàíèþ. Êîíâåðòåðû 10Base-T/10Base-FL ñðàçó ïðåîáðàçîâûâàþò ìàí÷åñòåðñêèé ýëåêòðè÷åñêèé êîä íà âõîäå â ìàí÷åñòåðñêèé îïòè÷åñêèé ñèãíàë íà âûõîäå è íàîáîðîò, âíîñÿ ìèíèìàëüíóþ çàäåðæêó (1-3 áèòà). Áîëüøèíñòâî êîíâåðòåðîâ ìîãóò ïîääåðæèâàòü êàê ïîëóäóïëåêñíóþ, òàê è äóïëåêñíóþ ñâÿçü, ïðè÷åì â ïåðâîì ñëó÷àå â óñòðîéñòâî âíåäðÿåòñÿ ñïåöèàëüíûé óçåë îáíàðóæåíèÿ êîëëèçèé. Íî ôàêòè÷åñêè, äàæå ïðè íàëè÷èè êîëëèçèé, êàíàë ñâÿçè îñòàåòñÿ äóïëåêñíûì, à ðàáîòà óñòðîéñòâà íå âûõîäèò çà ïðåäåëû óðîâíÿ MDI. Îñîáåííîñòüþ îïòè÷åñêèõ êîíâåðòåðîâ Ethernet BNC (10Base2/10Base-FL), êîòîðûå ïîäêëþ÷àþòñÿ ê êîàêñèàëüíîìó ñåãìåíòó îáû÷íî âìåñòî òåðìèíàòîðà, ÿâëÿåòñÿ ðåòðàíñëÿöèÿ ñèãíàëà êîëëèçèè â êîàêñèàëüíûé ñåãìåíò. Ñèãíàë êîëëèçèè ãåíåðèðóåòñÿ è ïåðåäàåòñÿ â êîàêñèàëüíûé ñåãìåíò âñÿêèé ðàç, êîãäà íà êîíâåðòåð ïðèõîäÿò îäíîâðåìåííî äàííûå èç êîàêñèàëüíîãî è âîëîêîííî-îïòè÷åñêîãî ñåãìåíòîâ, èëè ïðèõîäèò ñèãíàë êîëëèçèè ïî êîàêñèàëü164
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
íîìó ñåãìåíòó.  ïîñëåäíåì ñëó÷àå ãîâîðÿò, ÷òî ñèãíàë êîëëèçèè îòðàæàåòñÿ êîíâåðòåðîì îáðàòíî â êîàêñèàëüíûé ñåãìåíò. Ôàêòîð îòðàæåíèÿ ïðèâîäèò ê ýôôåêòèâíîìó óâåëè÷åíèþ äëèíû ñåãìåíòà â äâà ðàçà è çàïðåùàåò óñòàíîâêó íà îáå ñòîðîíû êîàêñèàëüíîãî ñåãìåíòà ðàññìàòðèâàåìûõ êîíâåðòåðîâ – ñ îäíîé ñòîðîíû îáÿçàòåëüíî äîëæåí áûòü ñòàíäàðòíûé òåðìèíàòîð 50 Îì. Êðóïíûìè çàðóáåæíûìè ïðîèçâîäèòåëÿìè îïòè÷åñêèõ êîíâåðòåðîâ Ethernet íà âèòóþ ïàðó ÿâëÿþòñÿ êîìïàíèè: Adaptec[13], IMC [14], LANCAST, NBase, NetOptics [15], FOCI è äð. Êðóïíûìè ïîñòàâùèêàìè îòå÷åñòâåííûõ êîíâåðòåðîâ â Ðîññèè ÿâëÿþòñÿ êîìïàíèè ÀéÒè, "Âèìêîì-Îïòèê", ÑÊÁ ÈÐÝ, "Òåëåêîì-Êîìïëåêò-Ñåðâèñ".
Ðàáî÷àÿ ñòàíöèÿ, ñåòåâàÿ êàðòà Ïåðñîíàëüíûé êîìïüþòåð (ôàéë-ñåðâåð) îáû÷íî ïîäêëþ÷àåòñÿ ê ñåòè ñ ïîìîùüþ ñåòåâîé êàðòû èëè ñåòåâîãî àäàïòåðà NIC (network interface controller, network interface card). Òàêîé êîìïüþòåð ñòàíîâèòñÿ ñåòåâîé ðàáî÷åé ñòàíöèåé. Äàëåå òàêæå áóäåò èñïîëüçîâàòüñÿ òåðìèí ñåòåâîé óçåë DTE (data termination equipment, îêîíå÷íîå îáîðóäîâàíèÿ äàííûõ). Ïðîñòåéøèé ñïîñîá îáúåäèíåíèÿ ðàáî÷èõ ñòàíöèé â ñåòü (áåç ïðèâëå÷åíèÿ äðóãèõ ñïåöèàëèçèðîâàííûõ ñåòåâûõ óñòðîéñòâ) îñóùåñòâëÿåòñÿ íà îñíîâå òîíêîãî êîàêñèàëüíîãî êàáåëÿ – ñîîòâåòñòâóþùèå ñåòåâûå êàðòû äîëæíû èìåòü ïîðòû BNC. Îäíàêî ýòîò ñïîñîá ïîäêëþ÷åíèÿ, à òàêæå ñïîñîá ïîäêëþ÷åíèÿ ïîñðåäñòâîì òîëñòîãî êîàêñèàëüíîãî êàáåëÿ ÷åðåç ñïåöèàëüíûå òðàíñèâåðû ÿâëÿþòñÿ óñòàðåâøèìè è ïðåèìóùåñòâåííî èñïîëüçóþòñÿ ëèøü òàì, ãäå åùå ñîõðàíèëèñü êîàêñèàëüíûå êàáåëüíûå ñèñòåìû. Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûì èíòåðôåéñîì ñ÷èòàåòñÿ èíòåðôåéñ RJ-45 íà âèòóþ ïàðó (òèï MDI). Äðóãîé èíòåðôåéñ AUI ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ òðàíñèâåðà Ethernet.  ÷àñòíîñòè, ìîæíî èñïîëüçîâàòü îïòè÷åñêèé òðàíñèâåð, åñëè ðàáî÷àÿ ñòàíöèÿ óäàëåíà íà áîëüøîå ðàññòîÿíèå îò êîíöåíòðàòîðà èëè êîììóòàòîðà. Âîëîêîííî-îïòè÷åñêèé èíòåðôåéñ òàêæå ìîæåò íåïîñðåäñòâåííî ïîääåðæèâàòüñÿ ñåòåâîé êàðòîé Ethernet (ðèñ. 7.8).
Ðèñ. 7.8. Ñåòåâàÿ êàðòà PCI ñ èíòåðôåéñàìè RJ-45/FO ST mm [7]
Êàæäàÿ ñåòåâàÿ êàðòà Ethernet èìååò óíèêàëüíûé íîìåð – MAC-àäðåñ ðàçìåðîì 6 áàéò, êîòîðûé çàøèò âíóòðü, è êîòîðûé íå ìîæåò áûòü èçìåíåí. Ïåðâûå òðè áàéòà ïîëÿ ñëóæàò äëÿ èäåíòèôèêàöèè ïðîèçâîäèòåëÿ ñåòåâîé êàðòû, à ïîñëåäíèå òðè áàéòà ñîñòàâëÿþò óíèêàëüíûé íîìåð êîíêðåòíîé ñåòåâîé êàðòû.
Ïîâòîðèòåëü (êîíöåíòðàòîð) Ïîâòîðèòåëü (repeater)2 – ìíîãîïîðòîâîå óñòðîéñòâî, êîòîðîå ïîçâîëÿåò îáúåäèíèòü íåñêîëüêî ñåãìåíòîâ. Ïðèíèìàÿ êàäð èëè ñèãíàë êîëëèçèè ïî îäíîìó èç ñâîèõ ïîðòîâ, ïîâòîðèòåëü ïåðåíàïðàâëÿåò åãî âî âñå îñòàëüíûå ïîðòû, ðèñ. 7.9 à. Òèïû èíòåðôåéñîâ ïîðòîâ ìîãóò áûòü ëþáûå èç âûøåïåðå÷èñëåííûõ. Ðàñïðîñòðàíåíû óñòðîéñòâà ñ íåñêîëüêèìè ïîðòàìè íà âèòóþ ïàðó (12, 16 è 24 ïîðòà RJ-45), îäíèì ïîðòîì BNC è îäíèì ïîðòîì AUI. Òàêæå ïîïóëÿðíû ìèíèàòþðíûå ïîâòîðèòåëè, èìåþùèå òîëüêî ïîðòû íà âèòóþ ïàðó (4 x RJ-45, èëè 8 x RJ-45). Îòìåòèì, ÷òî ïîâòîðèòåëè Ethernet ðàáîòàþò íà ôèçè÷åñêîì óðîâíå ìîäåëè OSI (ðèñ. 7.9 á), ÷òî îáåñïå÷èâàåò èõ íèçêóþ ñòîèìîñòü è âûãîäíî ýòèì îòëè÷àåò îò êîíöåíòðàòî2
 ñåòÿõ Ethernet øèðîêî ðàñïðîñòðàíåí è äðóãîé òåðìèí – êîíöåíòðàòîð (hub).
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
165
ðîâ FDDI (DAC, SAC, NAC), êîòîðûå îõâàòûâàþò òàêæå óðîâåíü MAC (íèæíèé ïîäóðîâåíü êàíàëüíîãî óðîâíÿ ìîäåëè OSI) Внутренний AUI интерфейс Встроенный элемент MAU
К рабочим станциям или к другим концентраторам
а)
PLS PMA
PMA
PMA
MDI
MDI
MDI
Один из портов MDI: RJ-45 (стандарт 10Base-T) ST FO (стандарт 10Base-FL) BNC (стандарт 10Base2)
б)
Порт AUI
Обозначения: PLS - уровень физической сигнализации PMA - уровень физического подключения MDI - интерфейс, зависящий от среды
Ðèñ. 7.9. Ïîâòîðèòåëü Ethernet: à) ñõåìà ðàáîòû ïîâòîðèòåëÿ; á) ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà ïîðòîâ â ðàêóðñå ìîäåëè OSI
Ïîðòû RJ-45 òèïà MDI è MDI-X. Ïîðò RJ-45 èìååò 8 êîíòàêòîâ. Êàáåëü íàçûâàåòñÿ ïðÿìûì, êîãäà êîíòàêòû 1-8 ïîðòà RJ-45 íà îäíîé ñòîðîíå ñîåäèíåíû ñ ñîîòâåòñòâóþùèìè êîíòàêòàìè íà äðóãîé ñòîðîíå. Ñîåäèíåíèå ïðÿìûì êàáåëåì ìîæíî îñóùåñòâëÿòü òîëüêî ìåæäó ðàçíûìè òèïàìè ïîðòîâ. Ïðè ýòîì êàáåëü ïðåäñòàâëåí ÷åòûðüìÿ âèòûìè ïàðàìè, êîòîðûå ïðèíÿòî íóìåðîâàòü ñëåäóþùèì îáðàçîì: ïàðà 1 – êîíòàêòû 1, 2; ïàðà 2 – êîíòàêòû 3, 6; ïàðà 3 – êîíòàêòû 4, 5; ïàðà 4 – êîíòàêòû 7, 8.  ñòàíäàðòå 10Base-T äëÿ ïåðåäà÷è èñïîëüçóþòñÿ òîëüêî äâå âèòûå ïàðû êàáåëÿ: 1 è 2, îñòàëüíûå äâå íå çàäåéñòâîâàíû. Èíòåðôåéñ MDI (èëè DTE) èìååò óñòðîéñòâî, êîòîðîå îñóùåñòâëÿåò ïåðåäà÷ó ïî ïàðå 1 è ñîîòâåòñòâåííî ïðèåì ïî ïàðå 2. È íàîáîðîò, èíòåðôåéñ MDI-X èìååò óñòðîéñòâî, êîòîðîå îñóùåñòâëÿåò ïåðåäà÷ó ïî ïàðå 2 è ñîîòâåòñòâåííî ïðèåì ïî ïàðå 1. Äëÿ ñîåäèíåíèÿ äâóõ îäíîòèïíûõ ïîðòîâ RJ-45 ïðÿìîé êàáåëü íå ãîäèòñÿ. Âìåñòî íåãî èñïîëüçóåòñÿ êðîññ-êàáåëü, êîòîðûé îáåñïå÷èâàåò ñîåäèíåíèå êîíòàêòîâ 1-3, 2-6, 3-1, 6-2, 4-4, 5-5, 7-7, 8-8. Áîëüøèíñòâî RJ-45 ïîðòîâ ïîâòîðèòåëåé äåëàþòñÿ òèïà MDI-X, ÷òî ïîçâîëÿåò ïîäêëþ÷àòü ðàáî÷èå ñòàíöèè ïðè ïîìîùè ïðÿìîãî êàáåëÿ. Äëÿ óäîáñòâà îáû÷íî îäèí ïîðò ïîâòîðèòåëÿ èìååò ïåðåêëþ÷àòåëü è ìîæåò ïîääåðæèâàòü ðåæèì MDI. Òàê, â êîíôèãóðàöèè ñåòè íà ðèñ. 7.10 ñâÿçü ìåæäó ïîâòîðèòåëÿìè1 è 2, à òàêæå 3 è 2 ìîæíî îñóùåñòâèòü ïðÿìûì êàáåëåì, åñëè ñîîòâåòñòâóþùèå ïîðòû RJ-45 ïîâòîðèòåëåé 1 è 3 ïåðåêëþ÷èòü â ðåæèì MDI, (ïîðòû ïîâòîðèòåëÿ 2 – ñòàíäàðòíûå MDI-X). Jabber-ôóíêöèÿ. Êàæäîìó óçëó ñåòè Ethernet îòâîäèòñÿ îïðåäåëåííîå âðåìÿ, â òå÷åíèå êîòîðîãî îí äîëæåí ïåðåäàòü êàäð.  íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ, êîãäà íåò êîëëèçèé, êàäð ìàêñèìàëüíîé äëèíû 1518 áàéò ïåðåäàåòñÿ ðàáî÷åé ñòàíöèåé â òå÷åíèå 1,2 ìñ. Çàòåì â òå÷åíèå âðåìåíè ìåæêàäðîâîãî èíòåðâàëà ëèíèÿ îñòàåòñÿ ñâîáîäíîé. Ïðè ñèëüíîé çàãðóæåííîñòè ñåãìåíòà (áîëüøîå ÷èñëî ñòàíöèé ïûòàþòñÿ ïåðåäàâàòü îäíîâðåìåííî, è âåëèêî ÷èñëî êîëëèçèé) âðåìÿ, â òå÷åíèå êîòîðîãî ëèíèÿ ìîæåò áûòü çàíÿòà, ñèëüíî âîçðàñòàåò. Åñëè òàêîé çàãðóæåííûé ñåãìåíò ïîäêëþ÷åí ê îäíîìó èç ïîðòîâ ïîâòîðèòåëÿ è èíèöèèðóåò äëèòåëüíûé ñèãíàë áåç çàìîëêàíèÿ (jabber signal – äîñëîâíî, áîëòîâíÿ), òî ïîâòîðèòåëü ïðåêðàòèò ðåòðàíñëÿöèþ äàííûõ è êîëëèçèé èç ýòîãî ñåãìåíòà â äðóãèå ñåãìåíòû, òàêèì îáðàçîì ïîëíîñòüþ èñêëþ÷èâ ïåðåãðóæåííûé ñåãìåíò. Äëÿ ýòîé öåëè êîíöåíòðàòîð ïîääåðæèâàåò ñïåöèàëüíóþ jabber-ôóíêöèþ. Ñòàíäàðòîì óñòàíîâëåíî íå êîíêðåòíîå âðåìÿ ñðàáàòûâàíèÿ, à îêíî ïðèåìà íåïðåðûâíîãî ñèãíàëà îò 20 äî 150 ìñ, ïðè êîòîðîì êîíöåíòðàòîð äîëæåí èñêëþ÷àòü "ïëîõîé" ñåãìåíò. Jabber-ôóíêöèÿ – ïîëåçíîå ñâîéñòâî ïîâòîðèòåëÿ, íà îñíîâå êîòîðîé ïîñëåäíèé ìîæåò èñêëþ÷àòü êàê ïåðåãðóæåííûé êîëëèçèîííûé ñåãìåíò, òàê è íåèñïðàâíûé ñåãìåíò, èëè íåèñïðàâíóþ ñòàíöèþ, êîòîðûå ïåðåäàþò äëèòåëüíûé ñèãíàë, è, òåì ñàìûì, ïðåäîñòàâëÿåò âîçìîæíîñòü ðàáîòàòü ïîëüçîâàòåëÿì, ïîäêëþ÷åííûì ê äðóãèì ïîðòàì [16]. Îòìåòèì, ÷òî õîòÿ âèòàÿ ïàðà (10Base-T) è äâóõâîëîêîííûé îïòè÷åñêèé êàáåëü (10Base-FL) ÿâëÿþòñÿ äóïëåêñíûìè ñðåäàìè, ò.å. ïåðåäà÷à è ïðèåì ñèãíàëà ïðîèñõîäÿò ïî íåçàâèñèìûì êàíàëàì, ñàì ïî ñåáå ïîâòîðèòåëü Ethernet íå ïîçâîëÿåò îáåñïå÷èòü äóïëåêñíóþ ïåðåäà÷ó è
166
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
ñîçäàåò âîêðóã ñåáÿ êîëëèçèîííûé ìîìåíò. Ïðè ýòîì ñåòü ôóíêöèîíèðóåò òàê, êàê áóäòî ðåàëèçîâàíà øèííàÿ òîïîëîãèÿ. Ñèãíàë êîëëèçèè ïåðåäàåòñÿ êîíöåíòðàòîðîì âî âñå ïîðòû, âñÿêèé ðàç, êîãäà íà êàêèå-ëèáî åãî äâà ïîðòà îäíîâðåìåííî èëè ïî÷òè îäíîâðåìåííî íà÷èíàþò ïîñòóïàòü äàííûå. Èç-çà ýòîãî ïðîïóñêíàÿ ñïîñîáíîñòü êîíöåíòðàòîðà íå ìîæåò áûòü âûøå 10 Ìáèò/ñ. Îáíàðóæåíèå êîëëèçèé ïðè ôèçè÷åñêîé òîïîëîãèåé òèïà "çâåçäà" (ñòàíäàðòû 10Base-T è 10Base-FL) ñ èñïîëüçîâàíèåì ïîâòîðèòåëåé íåñêîëüêî îòëè÷àåòñÿ îò ñëó÷àÿ, êîãäà èñïîëüçóåòñÿ ôèçè÷åñêàÿ òîïîëîãèÿ "øèíà" (ñòàíäàðòû 10Base2 è 10Base5). Ïîñêîëüêó êàíàëû ñâÿçè ïî âèòîé ïàðå è ïî îïòè÷åñêîìó âîëîêíó äóïëåêñíûå, òî íàêëàäêà ñèãíàëîâ îò ðàçíûõ ïåðåäàþùèõ óñòðîéñòâ, ñâîéñòâåííàÿ êîàêñèàëüíîé êàáåëüíîé ñèñòåìå è ïðèâîäÿùàÿ ê èçìåíåíèþ ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé ýëåêòðè÷åñêîãî ïîòåíöèàëà â êàíàëå ñâÿçè, èñêëþ÷åíà. Ñèãíàë êîëëèçèè äîëæåí ñïåöèàëüíî ãåíåðèðîâàòüñÿ óñòðîéñòâîì èëè óñòðîéñòâàìè, êîòîðûå îáíàðóæèëè êîëëèçèþ. Ïðîöåäóðà îáíàðóæåíèÿ êîëëèçèé ïðè ôèçè÷åñêîé òîïîëîãèè "çâåçäà" ñ íåñêîëüêèìè ïîâòîðèòåëÿìè ïîêàçàíà íà ðèñ. 7.10.
Обозначения:
Rptr 2 Ta
Rptr - повторитель Ethernet Tx - передача идет от станции X CP - сигнал наличия коллизии (collision presence)
Ta
Rptr 1
Rptr 3
Ta
Ta
Ta
Ta
Ta
Передает только узел A
а) A
C
B
E
D
Rptr 2 CP
CP
Rptr 1 Ta
Rptr 3 Tb
CP
CP
CP
CP
CP
Передают узлы A и B
б) A
C
B
E
D
Rptr 2 CP
CP
CP
Rptr 1 CP
Ta
Rptr 3 CP
Tb
CP
CP
Te
CP
Передают узлы A, B и E
в) A
B
C
D
E
Ðèñ. 7.10. Îáíàðóæåíèå êîëëèçèè â ñåòè, êîãäà óçëû ïîäêëþ÷åíû ïî âèòîé ïàðå èëè ïî äâóõâîëîêîííîìó îïòè÷åñêîìó êàáåëþ ê ïîâòîðèòåëÿì: à) ïåðåäàåò óçåë A; á) ïåðåäàþò óçëû A è B; â) ïåðåäàþò óçëû A, B è Å
Åñëè ïåðåäàåò òîëüêî îäèí óçåë (A), òî êàæäûé ïîâòîðèòåëü ðåòðàíñëèðóåò êàæäûé ïîëó÷àåìûé êàäð âî âñå îñòàëüíûå ñâîè ïîðòû (ðèñ. 7.10 à). Âñå îñòàëüíûå óçëû êîëëèçèîííîãî äîìåíà ðåãèñòðèðóþò ïåðåäà÷ó êàäðà, íî òîëüêî îäèí óçåë, à èìåííî òîò, êîòîðîìó àäðåñîâàí êàäð (ñîáñòâåííûé MAC-àäðåñ ñîâïàäàåò ñî çíà÷åíèåì ïîëÿ "àäðåñ íàçíà÷åíèÿ"), ïðèíèìàåò êàäð, è äàëåå ïåðåäàåò åãî ñîäåðæèìîå ïðîòîêîëó áîëåå âûñîêîãî óðîâíÿ. Êîëëèçèé íåò. Åñëè äâà óçëà (íàïðèìåð, A è B) íà÷èíàþò ïåðåäà÷ó îäíîâðåìåííî èëè ïî÷òè îäíîâðåìåííî, òî êîëëèçèþ îáíàðóæèâàåò ïîâòîðèòåëü 1 (ðèñ. 7.10 á), êîòîðûé ïîñëå ýòîãî âî âñå ñâîè ïîðòû âûäàåò ñèãíàë íàëè÷èÿ êîëëèçèè CP (collision presence). Ïåðåäàâàåìûå óçëû A è B îáíàðóæèâàþò êîëëèçèþ, ïîñêîëüêó ïðèíèìàþò äðóãèå ñèãíàëû âî âðåìÿ ñâîèõ ñîáñòâåííûõ ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
167
ïåðåäà÷, ïîñëå ÷åãî îòìåíÿþò ïåðåäà÷ó ñâîèõ êàäðîâ, ïåðåäàþò ñèãíàëû jam è çàòåì çàìîëêàþò. Ïîâòîðèòåëü 1 ïðåêðàùàåò ïåðåäàâàòü ñèãíàë CP, êîãäà íà åãî âõîäíûå ïîðòû ïåðåñòàþò ïîñòóïàòü ñèãíàëû. Ïîâòîðèòåëü 2, ïîëó÷àÿ ñèãíàë CP îò êîíöåíòðàòîðà 1, òðàíñëèðóåò åãî âî âñå îñòàëüíûå ïîðòû. Òî æå ñàìîå äåëàåò ïîâòîðèòåëü 3. Íà ðèñ. 7.6 â ïîêàçàí ïðèìåð ðàçðåøåíèÿ êîëëèçèè ïðè ïåðåäà÷å òðåõ óçëîâ A, B è E. Çàôèêñèðîâàí ìîìåíò, êîãäà ïîâòîðèòåëü 2 óæå îáíàðóæèë ñèãíàë êîëëèçèè CD îò ïîâòîðèòåëÿ 1 è ïåðåäà÷ó êàäðà îò óçëà E. Ïîýòîìó ïîâòîðèòåëü 2 âûäàåò âûõîäíîé ñèãíàë CP âî âñå ïîðòû. Ïîâòîðèòåëü 1, ïîëó÷àÿ ñèãíàë ïî òðåì ïîðòàì, âûäàåò ñèãíàë CP âî âñå ñâîè ïîðòû. Èòàê, ïîâòîðèòåëü ðàáîòàåò ñëåäóþùèì îáðàçîì (ðèñ. 7.10): 1.
êîãäà ïîâòîðèòåëü ïîëó÷àåò êàäð èëè ñèãíàë CP òîëüêî íà îäèí èç ñâîèõ ïîðòîâ, îí òðàíñëèðóåò êàäð èëè ñèãíàë CP âî âñå îñòàëüíûå ïîðòû (òðàíñëÿöèÿ â îñòàëüíûå ïîðòû èäåò òîëüêî äî òåõ ïîð, ïîêà ïîñòóïàþò äàííûå íà îäèí èç ïîðòîâ);
2.
êîãäà ïîâòîðèòåëü ïîëó÷àåò êàäðû èëè ñèãíàëû CP ïî äâóì èëè áîëåå ïîðòàì, îí òðàíñëèðóåò ñèãíàëû CP âî âñå ïîðòû áåç èñêëþ÷åíèÿ (òðàíñëÿöèÿ âî âñå ïîðòû ñèãíàëîâ CP èäåò òîëüêî äî òåõ ïîð, ïîêà ïîñòóïàåò ñèãíàë íà äâà èëè áîëåå ïîðòîâ).
Êîììóòàòîð Êîììóòàòîð – ìíîãîïîðòîâûé ìîñò. Êîììóòàòîð ðàáîòàåò íà âòîðîì êàíàëüíîì óðîâíå OSI ìîäåëè. Ãëàâíîå íàçíà÷åíèå êîììóòàòîðà – îáåñïå÷åíèå ðàçãðóçêè ñåòè ïîñðåäñòâîì ëîêàëèçàöèè òðàôèêà â ïðåäåëàõ îòäåëüíûõ ñåãìåíòîâ. Êëþ÷åâûì çâåíîì êîììóòàòîðà ÿâëÿåòñÿ àðõèòåêòóðà áåç áëîêèðîâàíèÿ (non-blocking), êîòîðàÿ ïîçâîëÿåò óñòàíîâèòü ìíîæåñòâåííûå ñâÿçè Ethernet ìåæäó ðàçíûìè ïàðàìè ïîðòîâ îäíîâðåìåííî, ïðè÷åì êàäðû íå òåðÿþòñÿ â ïðîöåññå êîììóòàöèè. Ñàì òðàôèê ìåæäó âçàèìîäåéñòâóþùèìè ñåòåâûìè óñòðîéñòâàìè îñòàåòñÿ ëîêàëèçîâàííûì. Ëîêàëèçàöèÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ àäðåñíûõ òàáëèö, óñòàíàâëèâàþùèõ ñâÿçü êàæäîãî ïîðòà ñ àäðåñàìè ñåòåâûõ óñòðîéñòâ, îòíîñÿùèõñÿ ê ñåãìåíòó ýòîãî ïîðòà, ðèñ. 7.11.
CD Di Do FIFO
Ðèñ. 7.11. Àðõèòåêòóðà Ethernet êîììóòàòîðà [16]
168
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Òàáëèöà çàïîëíÿåòñÿ â ïðîöåññå àíàëèçà êîììóòàòîðîì àäðåñîâ ñòàíöèé-îòïðàâèòåëåé â ïåðåäàâàåìûõ èìè êàäðàõ. Êàäð ïåðåäàåòñÿ ÷åðåç êîììóòàòîð ëîêàëüíî â ñîîòâåòñòâóþùèé ïîðò òîëüêî òîãäà, êîãäà àäðåñ ñòàíöèè íàçíà÷åíèÿ, óêàçàííûé â ïîëå êàäðà, óæå ñîäåðæèòñÿ â àäðåñíîé òàáëèöå ýòîãî ïîðòà.  ñëó÷àå îòñóòñòâèÿ àäðåñà ñòàíöèè íàçíà÷åíèÿ â òàáëèöå, êàäð ðàññûëàåòñÿ âî âñå îñòàëüíûå ñåãìåíòû. Åñëè êîììóòàòîð îáíàðóæèâàåò, ÷òî ÌÀÑàäðåñ ñòàíöèè íàçíà÷åíèÿ ó ïðèõîäÿùåãî êàäðà íàõîäèòñÿ â òàáëèöå MAC-àäðåñîâ, ïðèïèñàííîé çà ïîðòîì, ïî êîòîðîìó ïðèøåë äàííûé êàäð, òî ýòîò êàäð ñáðàñûâàåòñÿ – åãî íåïîñðåäñòâåííî ïîëó÷èò ñòàíöèÿ íàçíà÷åíèÿ, íàõîäÿùàÿñÿ â òîì æå ñåãìåíòå. È íàêîíåö, åñëè ïðèõîäÿùèé êàäð ÿâëÿåòñÿ øèðîêîâåùàòåëüíûì (broadcast), ò.å. åñëè âñå áèòû ïîëÿ MACàäðåñà ïîëó÷àòåëÿ â êàäðå çàäàþòñÿ ðàâíûìè 1, òî òàêîé êàäð áóäåò ðàçìíîæàòüñÿ êîììóòàòîðîì (ïîäîáíî êîíöåíòðàòîðó), ò.å. íàïðàâëÿòüñÿ âî âñå îñòàëüíûå ïîðòû. Ðàçëè÷àþò äâå àëüòåðíàòèâíûå òåõíîëîãèè êîììóòàöèè: 1.
áåç áóôåðèçàöèè (cut-through, òàêæå èñïîëüçóåòñÿ òåðìèí on-the-fly – íà ëåòó);
2.
ñ áóôåðèçàöèåé SAF (store-and-forward, òàêæå èñïîëüçóåòñÿ òåðìèí buffered switching – áóôåðíàÿ êîììóòàöèÿ).
Êîììóòàòîð, ðàáîòàþùèé áåç áóôåðèçàöèè (ðèñ. 7.12 à), ïðàêòè÷åñêè ñðàçó æå ïîñëå ÷òåíèÿ çàãîëîâêà, à èìåííî MAC-àäðåñà ñòàíöèè ïîëó÷åíèÿ è âûïîëíåíèÿ èäåíòèôèêàöèè, ïåðåíàïðàâëÿåò ïîëó÷àåìûé êàäð â íóæíûé ïîðò, íå äîæèäàÿñü åãî ïîëíîãî ïîñòóïëåíèÿ. Ãëàâíîå ïðåèìóùåñòâî òàêîé òåõíîëîãèè – ìàëàÿ çàäåðæêà ïàêåòà ïðè ïåðåàäðåñàöèè, êîòîðàÿ ñîñòàâëÿåò ó íàèáîëåå áûñòðûõ êîììóòàòîðîâ 140-150 BT (1,4-1,5 ìêñ). Ãëàâíûé íåäîñòàòîê – â òîì, ÷òî òàêîé êîììóòàòîð áóäåò ïðîïóñêàòü èç îäíîé ñåòè â äðóãóþ äåôåêòíûå êàäðû (óêîðî÷åííûå – ìåíüøå 64 áàéò, èëè èìåþùèå îøèáêè), òàê êàê âûÿâëåíèå îøèáîê ìîæåò ïðîèñõîäèòü òîëüêî ïîñëå ÷òåíèÿ âñåãî êàäðà è ñðàâíåíèÿ ðàññ÷èòàííîé êîíòðîëüíîé ñóììû ñ òîé, êîòîðàÿ çàíåñåíà â ïîëå êîíòðîëüíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè êàäðà. Ðàñïðîñòðàíåíèå îøèáîê â áîëüøåé ñòåïåíè êàñàåòñÿ ñåòåé Ethernet ñ áîëåå, ÷åì îäíèì ïîäêëþ÷åííûì ïîëüçîâàòåëåì íà ïîðò.  ýòîì ñëó÷àå ïðîòîêîë Ethernet ìîæåò ãåíåðèðîâàòü êàê óêîðî÷åííûå, òàê è ïîâðåæäåííûå êàäðû, ïîñêîëüêó êîììóòàòîð íå ìîæåò ïðåäâèäåòü âîçíèêíîâåíèå êîëëèçèé â ñåãìåíòå, èç êîòîðîãî ïîñòóïàåò êàäð. Ñîâðåìåííûå êîììóòàòîðû cut-through èñïîëüçóþò áîëåå ïðîäâèíóòûé ìåòîä êîììóòàöèè, êîòîðûé íîñèò íàçâàíèå ICS (interim cut-through switching – ïðîìåæóòî÷íàÿ êîììóòàöèÿ íà ëåòó). Ñóòü ýòîãî óëó÷øåíèÿ çàêëþ÷àåòñÿ â îòôèëüòðîâûâàíèè óêîðî÷åííûõ êàäðîâ, ò.å. êàäðîâ ñ äëèíîé ìåíüøå 64 áàéò (512 áèò). Äî òåõ ïîð, ïîêà êîììóòàòîð íå ïðèíÿë ïåðâûå 512 áèò êàäðà, îí íå íà÷èíàåò ðåòðàíñëèðîâàòü êàäð â ñîîòâåòñòâóþùèé ïîðò. Åñëè êàäð çàêàí÷èâàåòñÿ ðàíüøå, òî ñîäåðæèìîå áóôåðà î÷èùàåòñÿ, êàäð îòôèëüòðîâûâàåòñÿ. Íåñìîòðÿ íà óâåëè÷åíèå çàäåðæêè äî 512 BT è áîëåå (> 5,12 ìêñ), ìåòîä ICS çíà÷èòåëüíî ëó÷øå òðàäèöèîííîãî cat-through, ïîñêîëüêó íå ïðîïóñêàåò óêîðî÷åííûå êàäðû. Ê ãëàâíîìó íåäîñòàòêó ICS îòíîñèòñÿ âîçìîæíîñòü ïðîïóñêàíèÿ äåôåêòíûõ ïàêåòîâ äëèíîé, áîëüøå 64 áàéò. Ïîýòîìó êîììóòàòîðû ICS íå ãîäÿòñÿ íà ðîëü ìàãèñòðàëüíûõ êîììóòàòîðîâ. Íàïðîòèâ, êîììóòàòîð, ðàáîòàþùèé ñ áóôåðèçàöèåé (ðèñ. 7.12 á), ïðåæäå ÷åì íà÷àòü ïåðåäà÷ó êàäðà â ïîðò íàçíà÷åíèÿ, ïîëíîñòüþ ïðèíèìàåò åãî, áóôåðèçóåò. Êàäð ñîõðàíÿåòñÿ â áóôåðå äî òåõ ïîð, ïîêà àíàëèçèðóåòñÿ àäðåñ íàçíà÷åíèÿ (destination address, DA) è ñðàâíèâàåòñÿ êîíòðîëüíàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü êàäðà FCS, ïîñëå ÷åãî êîììóòàòîðîì ïðèíèìàåòñÿ ðåøåíèå î òîì, â êàêîé ïîðò ïåðåíàïðàâèòü êàäð èëè âîîáùå åãî íå ïåðåäàâàòü (îòôèëüòðîâàòü). Ãëàâíîå ïðåèìóùåñòâî êîììóòàöèè ñ áóôåðèçàöèåé â òîì, ÷òî â ýòîì ìåòîäå ãàðàíòèðóåòñÿ ïåðåäà÷à òîëüêî "õîðîøèõ" êàäðîâ. Êîììóòàòîðû ñ ïîðòàìè, ðàáîòàþùèìè íà ðàçíûõ ñêîðîñòÿõ, íàïðèìåð Ethernet è Fast Ethernet, ðàâíî êàê è êîììóòàòîðû-ìîñòû Ethernet-FDDI ìîãóò ðàáîòàòü òîëüêî íà îñíîâå òåõíîëîãèè êîììóòàöèè ñ áóôåðèçàöèåé. Ìàêñèìàëüíóþ çàäåðæêó èìååò êàäð íàèáîëüøåé äëèíû 1512 áàéò (1512x64= 96768 BT, ≅1 ìñ). Îäíàêî íåäîñòàòîê, ñâÿçàííûé ñ çàäåðæêîé êàäðà íà âðåìÿ áóôåðèçàöèè, íå ñ÷èòàåòñÿ êðèòè÷íûì, ïîñêîëüêó èäåò íåïðåðûâíûé ïîòîê êàäðîâ. Áîëåå òîãî, îñíîâíàÿ ïðè÷èíà çàäåðæêè ñâÿçàíà ñ ïàêåòíûìè î÷åðåäÿìè ïðè áóôåðèçàöèè íà âõîäíûõ è âûõîäíûõ ïîðòàõ êîììóòàòîðà. Ïîýòîìó â íàñòîÿùåå âðåìÿ áîëüøåå ïðåäïî÷òåíèå ñî ñòîðîíû ôèðì-ïðîèçâîäèòåëåé îòäàåòñÿ ýòîé òåõíîëîãèè êîììóòàöèè. Îáðàòíîå äàâëåíèå. Âõîäíûå è âûõîäíûå áóôåðû òðåáóþòñÿ êîììóòàòîðó, ÷òîáû óìåíüøèòü êîëè÷åñòâî òåðÿåìûõ êàäðîâ ïðè ïåðåãðóæåííîñòè îäíîãî èç âûõîäíûõ ïîðòîâ. Îäíàêî ýòî íå äàåò ïîëíîãî ñïàñåíèÿ ïðè äëèòåëüíûõ ïåðåäà÷àõ. Íàïðèìåð äîïóñòèì, â ïîðò 1 ïîñòîÿííî ïåðåäàþòñÿ äàííûå èç ïîðòîâ 2, 3 è 5. Åñëè ñêîðîñòè ïåðåäà÷è ïî âñåì ïîðòàì îäèíàêîâûå è ðàâíû ñêîðîñòè êàíàëà, òî ïîñëå çàïîëíåíèÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ áóôåðîâ êàäðû íà÷íóò òåðÿòüñÿ – êîììóòàòîð áóäåò ïðîñòî ñáðàñûâàòü âíîâü âõîäÿùèå êàäðû ïî ïîðòàì 2, 3
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
169
è 5. Ïîòåðè ïàêåòîâ îçíà÷àþò, ÷òî ïîñðåäñòâîì ïðîòîêîëà áîëåå âûñîêîãî óðîâíÿ (íàïðèìåð, íà óðîâíå ñåññèé äëÿ ïðîòîêîëà TCP/IP), áóäåò ïðîèçâîäèòüñÿ ïîâòîðíàÿ ïåðåäà÷à êàäðîâ. Íî ïîñêîëüêó â ïðîòîêîëå çàäåéñòâîâàíû êîíå÷íûå óñòðîéñòâà, òî âðåìåíà ìåæäó ïåðâîíà÷àëüíîé è ïîâòîðíîé ïåðåäà÷àìè êàäðà ìîãóò áûòü áîëüøèìè. Äëÿ ïðåäîòâðàùåíèÿ ýòîãî ñîâðåìåííûå êîììóòàòîðû îáëàäàþò ôóíêöèîíàëüíîé âîçìîæíîñòüþ êîíòðîëÿ è óïðàâëåíèÿ ïîòîêàìè (flow control) ïîñòóïàþùèõ â ïîðòû êàäðîâ. Äëÿ êîììóòàòîðîâ Ethernet ýòà ôóíêöèÿ èçâåñòíà êàê îáðàòíîå äàâëåíèå (BP, back pressure), ðèñ. 7.13. Îãðàíè÷åííîñòü âûõîäíîãî êàíàëà ïî ïîðòó 1 ïðèâîäèò ê çàïîëíåíèþ âõîäíûõ áóôåðîâ íà ïîðòàõ 2, 3 è 5. Óçåë BP êîììóòàòîðà, îáíàðóæèâàÿ ýòî, íà÷èíàåò ïåðåäà÷ó ïóñòûõ êàäðîâ â òå êàíàëû, îò êîòîðûõ ïåðåïîëíÿþòñÿ âõîäíûå áóôåðû ïîðòîâ. Òàê, åñëè ïåðåïîëíÿåòñÿ âõîäíîé áóôåð ïî ïîðòó 2, òî ïóñòûå êàäðû êîììóòàòîð øëåò â ñåãìåíò B, óìûøëåííî ñîçäàâàÿ êîëëèçèè â ýòîì ñåãìåíòå, â ðåçóëüòàòå êîòîðûõ óìåíüøàåòñÿ ïîòîê êàäðîâ îò ïåðåäàþùåãî óñòðîéñòâà â ýòîì ñåãìåíòå. Âìåñòî ãåíåðàöèè õîëîñòûõ êàäðîâ ïðè îòðàáîòêå ìåõàíèçìà îáðàòíîãî äàâëåíèÿ â êîììóòàòîðàõ ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ ãåíåðàöèÿ ñèãíàëà çàòÿíóâøåéñÿ ïåðåäà÷è, ïðè÷åì ïîñëåäíèé ìåòîä ñ÷èòàåòñÿ áîëåå ýôôåêòèâíûì ñðåäñòâîì îò ïîòåðè êàäðîâ. Îòìåòèì, ÷òî ìåõàíèçì îáðàòíîãî äàâëåíèÿ ìîæíî ðåàëèçîâàòü èñêëþ÷èòåëüíî â êîììóòàòîðàõ Ethernet, ïîñêîëüêó ýòîò ìåõàíèçì íàïðÿìóþ èñïîëüçóåò âîçìîæíîñòè ïðîòîêîëà CSMA/CD. Момент прихода кадра на порт коммутатора
MAC адрес назначения
Моменты выхода кадра после коммутации
1
2
Ðèñ. 7.12. Äâà ìåòîäà êîììóòàöèè êàäðîâ Коммутатор Ethernet
Обозначения: BP
1
2
3
4
BP 5
6
7
8
узел, контролирующий переполнение буферов потоки данных в сегментах обратный поток, инициируемый коммутатором
A
B
C
D
Ðèñ. 7.13. Ïðîÿâëåíèå ìåõàíèçìà îáðàòíîãî äàâëåíèÿ
170
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Ïîðòû RJ-45 êîììóòàòîðîâ îáû÷íî äåëàþò òèïà MDI-X. Ñîâðåìåííûå êîììóòàòîðû èìåþò ìíîæåñòâî äîïîëíèòåëüíûõ âîçìîæíîñòåé, ñðåäè êîòîðûõ: ôèëüòðàöèÿ ïî MAC-àäðåñàì, ïîñòðîåíèå âèðòóàëüíûõ ñåòåé, ôóíêöèÿ êîíòðîëÿ ïîòîêà, àâòîêîíôèãóðèðîâàíèå ïîðòà 10Base-T/100Base-TX, ïîääåðæêà äóïëåêñíîãî ðåæèìà ïåðåäà÷è.
7.3. Ïðîåêòèðîâàíèå ñåòè â ïðåäåëàõ êîëëèçèîííîãî äîìåíà Ethernet Ïðè ïðîåêòèðîâàíèè êîëëèçèîííîãî äîìåíà ñåòè Ethernet, îñîáåííî ïðè áîëüøîé ïðîòÿæåííîñòè (äèàìåòð > 2,5 êì), à òàêæå ïðè áîëüøîì ÷èñëå ïîñëåäîâàòåëüíî óñòàíîâëåííûõ ïîâòîðèòåëåé (> 2), íåîáõîäèìî ïðîâîäèòü àíàëèç ïàðàìåòðîâ ñåòè íà ñîîòâåòñòâèå ñòàíäàðòó. Îòïðàâíîé òî÷êîé ìîæåò ñëóæèòü ìîäåëü 1 – íàèáîëåå ÷àñòî èñïîëüçóåìàÿ ïðè ïðîåêòèðîâàíèè. Åñëè ïàðàìåòðû ñåòè óäîâëåòâîðÿþò ýòîé ìîäåëè, òî ñåòü ñïðîåêòèðîâàíà ïðàâèëüíî.  íåêîòîðûõ áîëåå ñëîæíûõ ñëó÷àÿõ ñåòü ìîæåò íå óäîâëåòâîðÿòü êðèòåðèÿì ìîäåëè 1. Îäíàêî ýòî åùå íå çíà÷èò, ÷òî ñåòü ñïðîåêòèðîâàíà íåâåðíî. Òîãäà ñëåäóåò ïðîâîäèòü áîëåå òùàòåëüíûé àíàëèç ïàðàìåòðîâ êîëëèçèîííîãî äîìåíà, ðóêîâîäñòâóÿñü ìîäåëüþ 2.
Ðàñ÷åò ïàðàìåòðîâ êîëëèçèîííîãî äîìåíà Ethernet (Ìîäåëü 1) Ìîäåëü 1 äàåò âîçìîæíîñòü â ïðîñòûõ ñëó÷àÿõ áûñòðî îïðåäåëèòü, ñîîòâåòñòâóåò ëè ïëàíèðóåìàÿ ñåòü îñíîâíûì òðåáîâàíèÿì ñòàíäàðòà Ethernet. Ìîäåëü 1 óñòàíàâëèâàåò ñëåäóþùèé íàáîð ïðàâèë, êàæäîå èç êîòîðûõ äîëæíî áûòü óäîâëåòâîðåíî [4, 17]. 1.
Ïîâòîðèòåëè òðåáóþòñÿ äëÿ îáúåäèíåíèÿ âñåõ ñåãìåíòîâ ñåòè. (Èñïîëüçóåìûå ïîâòîðèòåëè äîëæíû óäîâëåòâîðÿòü òðåáîâàíèÿì ñïåöèôèêàöèé ñòàíäàðòà IEEE 802.3 ðàçäåë 9 è ïîääåðæèâàòü òàêèå ôóíêöèè, êàê âîññòàíîâëåíèå ôîðìû ñèãíàëà è âðåìåííûõ õàðàêòåðèñòèê, ðåãåíåðàöèÿ ïðåàìáóëû è äð.)
2.
Òðàíñèâåðû, ïîäêëþ÷åííûå ê ïîâòîðèòåëÿì ïî AUI èíòåðôåéñó (ðèñ. 7.9 á), ó÷èòûâàþòñÿ òîëüêî â òîì ñëó÷àå, êîãäà îíè ÿâëÿþòñÿ ÷àñòüþ àíàëèçèðóåìîãî ïóòè ìåæäó óäàëåííûìè óçëàìè (DTE). (Òðàíñèâåðû îáû÷íî íóæíû äëÿ ïîäêëþ÷åíèå ñåãìåíòîâ – òîëñòîãî êîàêñèàëüíîãî êàáåëÿ Ethernet è âîëîêîííî-îïòè÷åñêîãî êàáåëÿ. Âèòàÿ ïàðà è òîíêèé êîàêñèàëüíûé êàáåëü ïîäêëþ÷àþòñÿ ê ïîâòîðèòåëþ ÷åðåç âñòðîåííûå MAU ýëåìåíòû)
3.
Ïóòü ïåðåäà÷è äàííûõ ìåæäó ëþáûìè äâóìÿ DTE ìîæåò âêëþ÷àòü â ñåáÿ äî 5 ñåãìåíòîâ, 4 ïîâòîðèòåëåé (c íåîáÿçàòåëüíûìè AUI ïîðòàìè), 2 òðàíñèâåðîâ (îòäåëüíûìè MAU óñòðîéñòâàìè) è 2 òðàíñèâåðíûõ èíòåðôåéñíûõ êàáåëåé (MAU ýëåìåíòû, âñòðîåííûå â ïîâòîðèòåëè, íå ïîäñ÷èòûâàþòñÿ).
4.
Äëèíà òðàíñèâåðíîãî èíòåðôåéñíîãî êàáåëÿ íå äîëæíà ïðåâûøàòü 25 ì (ñóììàðíàÿ äëèíà òðàíñèâåðíîãî êàáåëÿ íå ïðåâîñõîäèò 50 ì íà îäèí ñåãìåíò, ïîñêîëüêó íà ñåãìåíò – îïòè÷åñêèé èëè íà îñíîâå òîëñòîãî êîàêñèàëüíîãî êàáåëÿ – òðåáóåòñÿ äâà òðàíñèâåðà).
5.
Åñëè ïóòü ïåðåäà÷è ìåæäó DTE ñîñòîèò èç ÷åòûðåõ ïîâòîðèòåëåé è ïÿòè ñåãìåíòîâ, òî ñìåøàííûõ ñåãìåíòîâ (íà îñíîâå 10Base2 è/èëè 10Base5) ìîæåò áûòü íå áîëüøå òðåõ – îñòàâøèåñÿ äâà ñåãìåíòà äîëæíû áûòü ÷èñòî ñâÿçíûìè ñåãìåíòàìè ("òî÷êà-òî÷êà", ò. å íà îñíîâå 10Base-T è/èëè 10Base-FL). Äëÿ ñåãìåíòîâ 10Base-FL ðàññòîÿíèå íå äîëæíî ïðåâîñõîäèòü 500 ì.
6.
Åñëè ïóòü ïåðåäà÷è ìåæäó DTE ñîñòîèò èç òðåõ ïîâòîðèòåëåé è ÷åòûðåõ ñåãìåíòîâ, èñïîëüçóþòñÿ ñëåäóþùèå îãðàíè÷åíèÿ: •
ìàêñèìàëüíàÿ äëèíà ïî îïòè÷åñêîìó ñåãìåíòó (10Base-FL) ìåæäó ïîâòîðèòåëÿìè íå äîëæíà ïðåâîñõîäèòü 1000 ì;
•
ìàêñèìàëüíàÿ äëèíà ïî îïòè÷åñêîìó ñåãìåíòó (10Base-FL) ìåæäó DTE è ïîâòîðèòåëåì íå äîëæíà ïðåâîñõîäèòü 400 ì;
•
ñíèìàåòñÿ îãðàíè÷åíèå íà ÷èñëî ñìåøàííûõ ñåãìåíòîâ (âñå ÷åòûðå ñåãìåíòà ìîãóò áûòü ñìåøàííûìè, ò. å ñòðîèòüñÿ íà îñíîâå òîëñòîãî è/èëè òîíêîãî êîàêñèàëüíûõ êàáåëåé).
Ïðîâåäåì àíàëèç êîíôèãóðàöèè ñåòè Ethernet, ïîêàçàííîé íà ðèñ. 7.14.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
171
10Base-FL (500 м)
FO порт Rptr 2 AUI 2 (25 м) MAU
FO порт Rptr 3
MAU
10Base5
FO порт
AUI 3 MAU (12 м)
10Base-T (100 м) Узел 1
MAU
Обозначения:
Rptr 4
10Base2 (185 м)
AUI 4 (2 м)
Узел 3
10Base-FL (500 м) FO порт
(25 м) (500 м) AUI 1 Rptr 1
10Base-FL (500 м)
Узел 2
Rptr - повторитель Ethernet MAU - трансивер Ethernet - волоконно-оптический сегмент AUI - трансиверные интерфейсные кабели FO - волоконно-оптический
Ðèñ. 7.14. Äîïóñòèìàÿ êîíôèãóðàöèÿ ñåòè Ethernet
Ðàññìîòðèì ïóòü ìåæäó óçëàìè 1 è 2: ÷èñëî ïîâòîðèòåëåé – 4, ñåãìåíòîâ – 5, òðàíñèâåðîâ – 2, òðàíñèâåðíûõ èíòåðôåéñíûõ êàáåëåé (AUI êàáåëè) – 2, ñóììàðíàÿ äëèíà êàáåëåé íå ïðåâîñõîäèò 50 ì, ÷èñëî ñìåøàííûõ êîàêñèàëüíûõ ñåãìåíòîâ 2, ò.å. íå ïðåâîñõîäèò 3 (îñòàëüíûå òðè ñåãìåíòà – òî÷êà-òî÷êà). Òàêèì îáðàçîì, ïóòü ìåæäó óçëàìè 1 è 2 óäîâëåòâîðÿåò òðåáîâàíèÿì ìîäåëè 1. Îäíàêî ïóòü ìåæäó óçëàìè 1 è 3 íå óäîâëåòâîðÿåò ýòèì òðåáîâàíèÿì, ïîñêîëüêó ÷èñëî òðàíñèâåðîâ íà ýòîì ïóòè ðàâíî 4. Ñàìè òðàíñèâåðû íå âíîñÿò äîïîëíèòåëüíóþ çàäåðæêó.  ýòîì ñìûñëå îïòè÷åñêèé ïîðò òðàíñèâåðà, ïðèêðåïëåííîãî ê ïîâòîðèòåëþ 3 áûë áû òàêîé æå áûñòðûé, êàê è âñòðîåííûå îïòè÷åñêèå ïîðòû, åñëè áû äëèíà èíòåðôåéñíîãî êàáåëÿ AUI 3 ðàâíÿëàñü íóëþ). Íî çàäåðæêó ìîãóò âíîñèòü òðàíñèâåðíûå èíòåðôåéñíûå êàáåëè. Ïîýòîìó ïðàâèëüíåé äëÿ àíàëèçà ïóòè ìåæäó óçëàìè 1 è 3 èñïîëüçîâàòü ìîäåëü 2.
Ðàñ÷åò ïàðàìåòðîâ êîëëèçèîííîãî äîìåíà Ethernet (Ìîäåëü 2) Íåò ñìûñëà ïðèáåãàòü ê èñïîëüçîâàíèþ ìîäåëè 2, åñëè âûïîëíÿåòñÿ ìîäåëü 1, ïîñêîëüêó ñåòü, óäîâëåòâîðÿþùàÿ òðåáîâàíèÿì ìîäåëè 1, âñåãäà áóäåò óäîâëåòâîðÿòü òðåáîâàíèÿì ìîäåëè 2. Ïîýòîìó ïðè èññëåäîâàíèè ñëîæíîãî êîëëèçèîííîãî äîìåíà îòäåëüíûå ïðîñòûå ïóòè ìåæäó óçëàìè ìîæíî àíàëèçèðîâàòü ïðè ïîìîùè ìîäåëè 1. Ìîäåëü 2 ïîçâîëÿåò ïðîâîäèòü àíàëèç áîëåå ñëîæíûõ êîíôèãóðàöèé ïóòåé ìåæäó óäàëåííûìè óçëàìè (DTE) êîëëèçèîííîãî äîìåíà Ethernet [4, 18]. Äâà ïàðàìåòðà âû÷èñëÿþòñÿ â ýòîé ìîäåëè: âî-ïåðâûõ, çàäåðæêà íà äâîéíîì ïðîáåãå RTD äëÿ êàæäîãî ïóòè â ïðåäåëàõ êîëëèçèîííîãî äîìåíà – îíà äîëæíà áûòü ìåíüøå 575 BT; âî-âòîðûõ, ïðîâåðÿåòñÿ äîïóñòèìîå óìåíüøåíèå ìåæêàäðîâîãî èíòåðâàëà IFG - ýòî óìåíüøåíèå äîëæíî íàõîäèòüñÿ â ïðåäåëàõ 49 BT. Ðàñ÷åò RTD. Ïóòü ìåæäó äâóìÿ DTE â îáùåì ñëó÷àå ñîñòîèò èç îäíîãî íà÷àëüíîãî, íåñêîëüêèõ ñðåäíèõ, è îäíîãî êîíå÷íîãî ñåãìåíòîâ. Äëÿ êàæäîãî ïóòè íà îñíîâå òàáë. 7.4 ñóììèðóþòñÿ çàäåðæêè íà ïðîìåæóòî÷íûõ ñåãìåíòàõ. Åñëè ìåæäó DTE1 è DTE2 òîëüêî îäèí ïîâòîðèòåëü, òî ïðîìåæóòî÷íûõ ñåãìåíòîâ íå áóäåò, è RTD îïðåäåëÿåòñÿ òîëüêî ñóììîé çàäåðæåê îò íà÷àëüíîãî è êîíå÷íîãî ñåãìåíòîâ. Åñëè èíòåðôåéñû DTE1 è DTE2 ðàçíûå, òî çàäåðæêà RTD áóäåò íåñêîëüêî îòëè÷àòüñÿ â çàâèñèìîñòè îò òîãî, ñ êàêîé ñòîðîíû âûáðàí íà÷àëüíûé ñåãìåíò. Ñðàâíèâàòü ñ 575 BT ñëåäóåò íàèáîëüøåå èç ïîäñ÷èòàííûõ çíà÷åíèé. Çàäåðæêà íà ñåãìåíòå äëèíû L ñ÷èòàåòñÿ ïî ôîðìóëå RTD = Base+RTDM×L. Íèæå ïðèâîäèòñÿ ðàñ÷åò RTD ïî ìîäåëè 2 äëÿ âñåõ ïóòåé ñåòè, ïîêàçàííîé íà ðèñ. 7.14: RTD(1, RTD(2, RTD(1, RTD(3, RTD(2, RTD(3,
2) 1) 3) 1) 3) 2)
= = = = = =
30,73+89,8+4,88+2×33,5+(500+500)×0,1+176,3 = 468,71 BT 26,55+89,8+4,88+2×33,5+(500+500)×0,1+188,48 = 476,71 BT 30,73+89,8+4,88+(12–2)×0,1026+2×33,5+(500+500)×0,1+156,5 = 449,936 BT 12,25+89,8+4,88+(12–2)×0,1026+2×33,5+(500+500) ×0,1+188,48 = 463,436 BT 26,55+2×33,5+(500+500)×0,1+(12–2)×0,1026+156,5 = 351,076 BT 12,25+2×33,5+(500+500)×0,1+(12–2)×0,1026+176,3 = 356,576 BT
Çàïàñîì íàäåæíîñòè SF (safety margin) íàçûâàåòñÿ âåëè÷èíà 575-max (RTD). Ïðè ïðîåêòèðîâàíèè ñåòåé Ethernet SF áåðóò â ïðåäåëàõ îò 0 äî 5 BT. Äëÿ ñåòè (ðèñ. 7.14) SF = 575 – 477 = 98 BT. Çàïàñ â 5 BT ñîîòâåòñòâóåò äëèíå 50 ì è ïîçâîëÿåò â íåïðåäâè-
172
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
äåííûõ ñèòóàöèÿõ ïîñëå èíñòàëëÿöèè íàðàñòèòü òîò èëè èíîé ñåãìåíò, èëè äîáàâèòü îêîíå÷íîå óñòðîéñòâî.
Òàáëèöà 7.4. Çíà÷åíèÿ RTD (BT) [18] Òèï ñåãìåíòà
Ìàêñèì. äëèíà, ì
Base**
Max***
Base
Max
Base
Max
10Base5
500
11,75
55,05
46,5
89,8
169,5
212,8
0,0866
10Base2
185
11,75
30,731
46,5
65,48
169,5
188,48
0,1026
10Base-T
100
15,25
26,55
42
53,3
165
176,3
0,113
10Base-FL
2000
12,25
212,25
33,5
233,5
156,5
356,5
0,1
48
0
4,88
0
4,88
0
4,88
0,1026
Èçëèøåê AUI****
Íà÷àëüíûé ñåãìåíò
Ñðåäíèé ñåãìåíò
Êîíå÷íûé ñåãìåíò
RTDM* (BT/ì)
* **
RTDM – âíîñèìàÿ çàäåðæêà íà êàáåëüíîì ñåãìåíòå ñ ó÷åòîì äâîéíîãî ïðîõîæäåíèÿ äëèíû â 1 ì. Base – ìàêñèìàëüíàÿ äîïóñòèìàÿ ïî ñòàíäàðòó çàäåðæêà, ñâÿçàííàÿ ñ êîíå÷íîé ñêîðîñòüþ îáðàáîòêè ñèãíàëà ñåòåâûì óñòðîéñòâîì (DTE è ïîâòîðèòåëåì), ñîîòâåòñòâóþùàÿ íóëåâîé äëèíå ñåãìåíòà. *** Max – çàäåðæêà íà ñåãìåíòå ïðè ìàêñèìàëüíîé äëèíå ñåãìåíòà. **** Èçëèøåê êàáåëÿ AUI ñ÷èòàåòñÿ ïî îòíîøåíèþ ê äëèíå 2 ì. Çàäåðæêà íà ýòîé äëèíå ó÷òåíà â äðóãèõ ïàðàìåòðàõ. Åñëè äëèíà òðàíñèâåðíîãî êàáåëÿ ìåíüøå 2 ì, òî åãî âêëàä â RTD ó÷èòûâàåòñÿ.
Ïðèìåð 7.1 (ðèñ. 7.15 à). Ñòðîèòñÿ ñåòü Ethernet, îñíîâàííàÿ íà äâóõ ïîâòîðèòåëÿõ, ñâÿçàííûõ ìåæäó ñîáîé âîëîêîííî-îïòè÷åñêèì ñåãìåíòîì. Óçëû ñåòè ïîäêëþ÷àþòñÿ ê ïîâòîðèòåëÿì ïî âèòîé ïàðå. Îöåíèòü ìàêñèìàëüíîå äîïóñòèìîå ðàññòîÿíèå ñåãìåíòà ìåæäó ïîâòîðèòåëÿìè. Ðåøåíèå. Ïóñòü ìàêñèìàëüíàÿ äîïóñòèìàÿ äëèíà L. Òîãäà ñ ó÷åòîì SF = 5 BT èìååì: RTD+SF = 26,55+33,5+L×0,1+176,3+5=575 BT. Îòñþäà L = 3336 ì. Åñëè îïòè÷åñêèé ñåãìåíò ñòðîèòñÿ íà îñíîâå ìíîãîìîäîâîãî âîëîêíà, ìàêñèìàëüíàÿ äëèíà áóäåò 2000 ì, êîòîðàÿ óñòàíîâëåíà ñòàíäàðòîì, ïðè÷åì îãðàíè÷åíèå âûçâàíî õàðàêòåðèñòèêàìè îïòè÷åñêèõ ïðèåìîïåðåäàò÷èêîâ. Âîçìîæíà áîëüøàÿ äëèíà, åñëè èñïîëüçîâàòü íåñòàíäàðòíûå îïòè÷åñêèå ïðèåìîïåðåäàò÷èêè ñ áîëåå âûñîêèì äèíàìè÷åñêèì äèàïàçîíîì. Íåò îãðàíè÷åíèé íà äëèíó 2000 ì, åñëè ñåãìåíò ñòðîèòü íà îñíîâå îäíîìîäîâîãî âîëîêíà è èñïîëüçîâàòü îäíîìîäîâûå ëàçåðíûå ïåðåäàò÷èêè – òîãäà îòâåò L = 3336 ì. Ïðèìåð 7.2 (ðèñ. 7.15 á). Óñëîâèå òî æå, ÷òî è â ïðèìåðå 7.1, òîëüêî â ñåòè òðè ïîñëåäîâàòåëüíûõ ïîâòîðèòåëÿ, äâà îïòè÷åñêèõ ñåãìåíòà. Îöåíèòü ìàêñèìàëüíóþ äîïóñòèìóþ ñóììàðíóþ äëèíó îïòè÷åñêèõ ñåãìåíòîâ. Ðåøåíèå. Ïóñòü äëèíû ñåãìåíòîâ L1 è L2. Òîãäà ñ ó÷åòîì SF = 5 BT èìååì: RTD+SF = 26,55+33,5+33,5+(L1+L2)×0,1+176,3+5 = 575 BT. Îòñþäà L1+L2 = 3001 ì. Ïðèìåð 7.3 (ðèñ. 7.15 â). Îöåíèòü ìàêñèìàëüíîå äîïóñòèìîå ðàññòîÿíèå L îïòè÷åñêîãî ñåãìåíòà â ñåòè, ñîñòîÿùåé èç äâóõ óçëîâ (êàíàë ñ÷èòàòü ïîëóäóïëåêñíûì). Ðåøåíèå. Ïîëóäóïëåêñíûé êàíàë ñîçäàåò êîëëèçèîííûé äîìåí. Ïîýòîìó íåîáõîäèìî ðàññ÷èòàòü çàäåðæêó íà äâîéíîì ïðîáåãå. Ðàññ÷èòàåì ñíà÷àëà çàäåðæêó ìåæäó óçëîì 1 è 2 äëÿ ñëó÷àåâ ñ äâóìÿ è îäíèì ïîâòîðèòåëÿìè: (2 ïîâòîðèòåëÿ): RTD = 12,25+156,5+33,5+L×0,1 (1 ïîâòîðèòåëü): RTD = 12,25+156,5+L×0,1 Ñðàçó âèäíî, ÷òî êàæäûé äîïîëíèòåëüíûé ïîâòîðèòåëü ñîçäàåò äîïîëíèòåëüíóþ çàäåðæêó 33,5 BT. Òîãäà çàäåðæêà ïðè îòñóòñòâèè ïîâòîðèòåëåé áóäåò íà 33,5 BT ìåíüøå, ÷åì ïðè îäíîì ïîâòîðèòåëå, ò.å.: (0 ïîâòîðèòåëåé) RTD+SF = 12,25+156,5–33,5+L×0,1+5 = 575 BT. Îòñþäà L = 4347 ì. Ðàñ÷åò äîïóñòèìîãî óìåíüøåíèÿ ìåæêàäðîâîãî èíòåðâàëà. Ìåæêàäðîâûé èíòåðâàë IFG â 96 BT âûäåðæèâàåòñÿ ëþáîé ñòàíöèåé, êîòîðàÿ âåäåò ïîñëåäîâàòåëüíóþ ïåðåäà÷ó êàäðîâ, èëè ñòàíöèåé, êîòîðàÿ òîëüêî ñîáèðàåòñÿ ïðèñòóïèòü ê ïåðåäà÷å. Áëàãîäàðÿ íàëè÷èþ èíòåðâàëà ìåæäó êàäðàìè ïðèåìíûå óçëû ñïîñîáíû îáðàáàòûâàòü êàæäûé ïðèõîäÿùèé êàäð. Êîíå÷íûé ìåæêàäðîâûé èíòåðâàë òàêæå íóæåí äëÿ ïðàâèëüíîé ðàáîòû ïðîòîêîëà CSMA/CD. Îäíàêî èíòåðâàë â 96 BT, ïîääåðæèâàþùèéñÿ ïåðåäàþùåé ñòàíöèåé, íå îçíà÷àåò, ÷òî è íà ïðèåìíóþ ñòàíöèþ êàäðû áóäóò ïîñòóïàòü ñ òàêèì æå èíòåðâàëîì. Ïðè äâèæåíèè êàäðîâ ïî ñåòè ìîãóò âîçíèêàòü ìåíÿþùèåñÿ âðåìåííûå çàäåðæêè, ñâÿçàííûå ñ ðåòðàíñëÿöèåé êàäðîâ ñåòåÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
173
âûìè êîìïîíåíòàìè. Êðîìå òîãî, âàðèàöèè çàäåðæêè ìîãóò âîçíèêàòü èç-çà ïðîöåññîâ ðåêîíñòðóêöèè ñèãíàëà íà ïîâòîðèòåëÿõ – ïîâòîðèòåëü, âîññòàíàâëèâàÿ ïðåàìáóëó, äîáàâëÿåò â íåå ïîòåðÿííûå ðàíåå áèòû. Ýòè çàäåðæêè, àêêóìóëèðóÿñü, ñïîñîáíû çíà÷èòåëüíî óìåíüøàòü ìåæêàäðîâûé èíòåðâàë SVV (segment variability value), ÷òî, â ñâîþ î÷åðåäü, ìîæåò ïðèâîäèòü ê íåïðàâèëüíîé èäåíòèôèêàöèè ïðèíèìàåìîãî êàäðà è, â èòîãå, ê ïîòåðè êàäðà. Ñòàíäàðòîì óñòàíîâëåíà âåëè÷èíà ìàêñèìàëüíîãî äîïóñòèìîãî óìåíüøåíèÿ ìåæêàäðîâîãî èíòåðâàëà, ñîñòàâëÿþùàÿ 49 BT.
10Base-T (100 м)
10Base-FL (L = ?)
Rptr 1
Rptr 2
а)
10Base-T (100 м)
10Base-FL (L 1 )
10Base-FL (L 2)
Rptr 1
Rptr 2
Rptr 3
б)
(L 1 + L 2 = ?) 10Base-FL (L = ?)
в)
Ðèñ. 7.15. Ïðèìåðû ñåòåé Ethernet ñ èñïîëüçîâàíèåì âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ñåãìåíòîâ
Ïîñêîëüêó óìåíüøåíèå IFG ïðîèñõîäèò òîëüêî íà ïðîìåæóòî÷íûõ ñåòåâûõ óñòðîéñòâàõ, òî ïîñëåäíèé ñåãìåíò, ê êîòîðîìó ïîäêëþ÷åí ïðèåìíûé óçåë ñåòè, ñàì ïî ñåáå íå ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ IFG. Ïîýòîìó äëÿ ðàñ÷åòà âåëè÷èíû SVV ñóììèðóþò âåëè÷èíû äîïóñòèìûõ óìåíüøåíèé ïî âñåì ïðåäûäóùèì ñåãìåíòàì, êàæäûé èç êîòîðûõ çàìûêàåòñÿ ïîâòîðèòåëåì. Åñëè â ñåòè ïðèåìíûé è ïåðåäàþùèé óçëû ïîäêëþ÷åíû ê ðàçíûì ñåãìåíòàì, òî ñëåäóåò â êà÷åñòâå ïåðåäàþùåãî ñåãìåíòà âûáèðàòü ñåãìåíò ñ áîëüøåé âåëè÷èíîé äîïóñòèìîãî óìåíüøåíèÿ IFG.
Òàáëèöà 7.5. Âåëè÷èíû äîïóñòèìûõ óìåíüøåíèé IFG (BT), âíîñÿùèå âêëàä â SVV, äëÿ ðàçëè÷íûõ ñåãìåíòîâ Òèï ñåãìåíòà
Íà÷àëüíûé ñåãìåíò
Ñðåäíèé ñåãìåíò
Êîàêñèàëüíûå êàáåëè (10Base2, 10Base5)
16
11
ÂÎÊ (10Base-FL), âèòàÿ ïàðà (10Base-T)
10,5
8
Ïðèâåäåì ðàñ÷åò SVV äëÿ ñåòè, ïîêàçàííîé íà ðèñ. 7.14: SVV SVV SVV SVV SVV SVV
(óçåë (óçåë (óçåë (óçåë (óçåë (óçåë
1, 2, 1, 3, 2, 3,
óçåë óçåë óçåë óçåë óçåë óçåë
2) 1) 3) 1) 3) 2)
= = = = = =
16+11+8+8 = 43 BT 10,5+8+8+11 = 37,5 BT 16+11+8 = 35 BT 10,5+8+11 = 29,5 BT 10,5+8 = 18,5 BT 10,5+8 = 18,5 BT
Êàê âèäíî, ìàêñèìàëüíàÿ âåëè÷èíà SVV íå ïðåâîñõîäèò 49 BT, çíà÷èò ñåòü óäîâëåòâîðÿåò òðåáîâàíèÿì ìîäåëè 2.
174
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
 ìîäåëè 1 íàèáîëüøàÿ çàäåðæêà, ðàâíàÿ ïðåäåëüíîé äîïóñòèìîé, âîçíèêàåò â ñåòè, â êîòîðîé èìååòñÿ 5 ïîñëåäîâàòåëüíûõ êîàêñèàëüíûõ ñåãìåíòîâ: SVV=16+11+11+11 = 49 BT. Ïðèìåð 7.4. Îöåíèòü ìàêñèìàëüíîå äîïóñòèìîå ÷èñëî ñåãìåíòîâ N íà ïóòè ìåæäó äâóìÿ óäàëåííûìè óçëàìè êîëëèçèîííîãî äîìåíà ñåòè, åñëè ñ÷èòàòü, ÷òî ñåãìåíòû ñòðîÿòñÿ íà îñíîâå âèòîé ïàðû è/èëè îïòè÷åñêîãî âîëîêíà. Îöåíèòü â ýòîì ñëó÷àå äîïóñòèìóþ äëèíó L ýòîãî ïóòè. Ðåøåíèå. Òàê êàê ñðåäíèõ ñåãìåíòîâ âñåãî N–2, òî SVV = 10,5+(N–2)×8. Îòñþäà íàõîäèì ïðè N = 6, SVV = 42,5 è íå ïðåâîñõîäèò 49 (ïðè N = 7, SVV = 50,5>49). Îòâåò N = 6 ïîñëåäîâàòåëüíûõ ñåãìåíòîâ (5 ïîâòîðèòåëåé). Ñëåäóåò ïîä÷åðêíóòü, ÷òî òàêîå ÷èñëî ïîñëåäîâàòåëüíûõ ñåãìåíòîâ íå óäîâëåòâîðÿåò ìîäåëè 1. Äëÿ îöåíêè L çàìåòèì, ÷òî âñå ïàðàìåòðû ïî RTD (âêëþ÷àÿ çàäåðæêó íà ðàñïðîñòðàíåíèè ñèãíàëà ïî êàáåëþ) äëÿ âèòîé ïàðû áîëüøå, ÷åì äëÿ îïòè÷åñêîãî âîëîêíà (ñòðîêè 10Base-T è 10Base-FL òàáë. 7.4). Ïîýòîìó îöåíêó ìîæíî ñäåëàòü äëÿ âèòîé ïàðû, äîïóñêàÿ çàìåíó âèòîé ïàðû íà âîëîêíî â ëþáîì ñåãìåíòå (ñóììàðíàÿ äëèíà ïî ñåãìåíòàì ïóòè ìîæåò òîëüêî âîçðàñòè): RTD+SF = 15,25+(N–2)×42 +165+L×0,113+5 = 575 BT. Îòñþäà ïðè N = 6 íàõîäèì L = 1962 ì. Õîòÿ ÷èñëî ïîñëåäîâàòåëüíûõ ïîâòîðèòåëåé â ñåòè Ethernet, êàê âèäíî èç ïðèìåðà 7.4, íå ïðåâîñõîäèò 5, ïîëíîå ÷èñëî ïîâòîðèòåëåé â êîëëèçèîííîì äîìåíå ìîæåò áûòü çíà÷èòåëüíî áîëüøå, íàïðèìåð, íå çàïðåùåíî ê öåíòðàëüíîìó ïîâòîðèòåëþ ïî âèòûì ïàðàì ïîäêëþ÷èòü 10 óäàëåííûõ ïîâòîðèòåëåé è ò.ï. Îäíàêî ñëåäóåò âñåãäà ó÷èòûâàòü òî, ÷òî ïðè áîëüøîì ÷èñëå ðàáî÷èõ ñòàíöèé (n>20) â êîëëèçèîííîì äîìåíå, ýôôåêòèâíîñòü ñåòè íà÷èíàåò ïàäàòü: ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ âåäåò ñåáÿ êàê 1/n îò 10 Ìáèò/ñ, à ñðåäíÿÿ ïîëîñà â ðàñ÷åòå íà îäíó ñòàíöèþ ñòàíîâèòñÿ 1/n2. Ïîýòîìó â ñåòÿõ ñ áîëüøèì ÷èñëîì ðàáî÷èõ ñòàíöèé ñëåäóåò óñòàíàâëèâàòü êîììóòàòîðû â öåíòðàëüíûå óçëû, ñîçäàâàÿ ìíîæåñòâî äîìåíîâ.
7.4. Ñåòè Fast Ethernet Îòìåòèì ãëàâíûå îñîáåííîñòè ýâîëþöèîííîãî ðàçâèòèÿ îò ñåòåé Ethernet ê ñåòÿì Fast Ethernet, ñòàíäàðò IEEE 802.3u [19, 20]: •
äåñÿòèêðàòíîå óâåëè÷åíèå ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòè ñåãìåíòîâ ñåòè;
•
ñîõðàíåíèå ìåòîäà ñëó÷àéíîãî äîñòóïà CSMA/CD, ïðèíÿòîãî â Ethernet;
•
ñîõðàíåíèå ôîðìàòà êàäðà, ïðèíÿòîãî â Ethernet;
•
ïîääåðæêà òðàäèöèîííûõ ñðåä ïåðåäà÷è äàííûõ – âèòîé ïàðû è ÂÎÊ.
Óêàçàííûå ñâîéñòâà, à òàêæå, ÿâëÿþùàÿñÿ ñëåäñòâèåì íå ìåíåå âàæíàÿ ôóíêöèÿ ïîääåðæêè äâóõ ñêîðîñòåé è àâòîîïðåäåëåíèÿ 10/100 Ìáèò/ñ, âñòðàèâàåìàÿ â ñåòåâûå êàðòû è êîììóòàòîðû Fast Ethernet, ïîçâîëÿþò îñóùåñòâëÿòü ïëàâíûé ïåðåõîä îò ñåòåé Ethernet ê áîëåå ñêîðîñòíûì ñåòÿì Fast Ethernet, îáåñïå÷èâàÿ âûãîäíóþ ïðååìñòâåííîñòü ïî ñðàâíåíèþ ñ äðóãèìè òåõíîëîãèÿìè. Åùå îäèí äîïîëíèòåëüíûé ôàêòîð óñïåøíîãî çàâîåâàíèÿ ðûíêà – íèçêàÿ ñòîèìîñòü îáîðóäîâàíèÿ Fast Ethernet.
Àðõèòåêòóðà ñòàíäàðòà Fast Ethernet Íà ðèñ. 7.16 ïîêàçàíà ñòðóêòóðà óðîâíåé Fast Ethernet. Åùå íà ñòàäèè ðàçðàáîòêè ñòàíäàðòà 100Base-T êîìèòåò IEEE 802.3u îïðåäåëèë, ÷òî íå ñóùåñòâóåò óíèâåðñàëüíîé ñõåìû êîäèðîâàíèÿ ñèãíàëà, êîòîðàÿ áûëà áû èäåàëüíîé äëÿ âñåõ òðåõ ôèçè÷åñêèõ èíòåðôåéñîâ (TX, FX, T4). Åñëè ñðàâíèâàòü ñî ñòàíäàðòîì Ethernet, òî òàì ôóíêöèþ êîäèðîâàíèÿ (ìàí÷åñòåðñêèé êîä) âûïîëíÿåò óðîâåíü ôèçè÷åñêîé ñèãíàëèçàöèè PLS (ðèñ. 7.6), êîòîðûé íàõîäèòñÿ âûøå ñðåäîíåçàâèñèìîãî èíòåðôåéñà AUI.  ñòàíäàðòå Fast Ethernet ôóíêöèè êîäèðîâàíèÿ âûïîëíÿåò ïîäóðîâåíü êîäèðîâàíèÿ PCS, ðàçìåùåííûé íèæå ñðåäîíåçàâèñèìîãî èíòåðôåéñà MII.  ðåçóëüòàòå ýòîãî, êàæäûé òðàíñèâåð äîëæåí èñïîëüçîâàòü ñâîé ñîáñòâåííûé íàáîð ñõåì êîäèðîâàíèÿ, íàèëó÷øèì îáðàçîì ïîäõîäÿùèé äëÿ ñîîòâåòñòâóþùåãî ôèçè÷åñêîãî èíòåðôåéñà, íàïðèìåð íàáîð 4B/5B è NRZI äëÿ èíòåðôåéñà 100Base-FX. MII èíòåðôåéñ è òðàíñèâåðû Fast Ethernet. Èíòåðôåéñ MII (medium independent interface) â ñòàíäàðòå Fast Ethernet ÿâëÿåòñÿ àíàëîãîì èíòåðôåéñà AUI â ñòàíäàðòå Ethernet. MII èíòåðôåéñ îáåñïå÷èâàåò ñâÿçü ìåæäó ïîäóðîâíÿìè ñîãëàñîâàíèÿ è ôèçè÷åñêîãî êîäèðîâàíèÿ. Îñíîâíîå åãî íàçíà÷åíèå – óïðîñòèòü èñïîëüçîâàíèå ðàçíûõ òèïîâ ñðåäû. MII èíòåðôåéñ ïðåäïîëàãàåò äàëüíåéøåå ïîäêëþ÷åíèå òðàíñèâåðà Fast Ethernet. Äëÿ ñâÿçè èñïîëüçóåòñÿ
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
175
40-êîíòàêòíûé ðàçúåì. Ìàêñèìàëüíîå ðàññòîÿíèå ïî MII èíòåðôåéñíîìó êàáåëþ íå äîëæíî ïðåâûøàòü 0,5 ì. Åñëè óñòðîéñòâî èìååò ñòàíäàðòíûå ôèçè÷åñêèå èíòåðôåéñû (íàïðèìåð, RJ-45), òî ñòðóêòóðà ïîäóðîâíåé ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ ìîæåò áûòü ñêðûòà âíóòðè ìèêðîñõåìû ñ áîëüøîé èíòåãðàöèåé ëîãèêè. Êðîìå òîãî, äîïóñòèìû îòêëîíåíèÿ â ïðîòîêîëàõ ïðîìåæóòî÷íûõ ïîäóðîâíåé â åäèíîì óñòðîéñòâå, ñòàâÿùèå ãëàâíîé öåëüþ ðîñò áûñòðîäåéñòâèÿ. Модель OSI Прикладной
Стандарт Fast Ethernet 7
Сеансовый
5
Транспортный
4
Сетевой
3
Канальный
2
Физический
1
LLC - управление логическим каналом MAC - управление доступом к среде PCS - уровень физического кодирования PMA - уровень физического подключения PMD - уровень, зависящий от физической среды AUTONEG - уровень автоопределения MDI - интерфейс, зависящий от среды
LLC
Представительный 6
Обозначения:
MAC
Порт MII (средонезависимый интерфейс) PCS PMA PMD
Трансивер Fast Ethernet
MII кабель (не обязательный) для подключения трансивера
Один из портов: RJ-45 (стандарт 100Base-TX или 100Base-T4) Duplex SC (стандарт 100Base-FX)
MDI
Ðèñ. 7.16. Ñòðóêòóðà óðîâíåé ñòàíäàðòà Fast Ethernet, MII èíòåðôåéñ è òðàíñèâåð Fast Ethernet
Ôèçè÷åñêèå èíòåðôåéñû Fast Ethernet Ñòàíäàðòîì Fast Ethernet IEEE 802.3u óñòàíîâëåíû òðè òèïà ôèçè÷åñêîãî èíòåðôåéñà (ðèñ. 7.17, òàáë. 7.6): 100Base-FX, 100Base-TX è 100Base-T4.
IEEE 802.3u CSMA/CD 100Base-X 100Base-FX
1 пара оптических волокон
100Base-TX
2 пары UTP Cat. 5
2 пары STP
100Base-T4
4 пары UTP Cat. 3 (или выше)
Ðèñ. 7.17. Ôèçè÷åñêèå èíòåðôåéñû ñòàíäàðòà Fast Ethernet
100Base-FX. Ñòàíäàðò ýòîãî âîëîêîííî-îïòè÷åñêîãî èíòåðôåéñà ïîëíîñòüþ èäåíòè÷åí ñòàíäàðòó FDDI PMD, êîòîðûé ïîäðîáíî ðàññìîòðåí â ãëàâå 6. Îñíîâíûì îïòè÷åñêèì ðàçúåìîì ñòàíäàðòà 100Base-FX ÿâëÿåòñÿ Duplex SC. Èíòåðôåéñ äîïóñêàåò äóïëåêñíûé êàíàë ñâÿçè.
176
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Òàáëèöà 7.6. Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè ôèçè÷åñêèõ èíòåðôåéñîâ ñòàíäàðòà Fast Ethernet IEEE 802.3u [19] Õàðàêòåðèñòèêà
100Base-FX
100Base-TX
100Base-T4
Ïîðò óñòðîéñòâà
Duplex SC
RJ-45
RJ-45
Ñðåäà ïåðåäà÷è
Îïòè÷åñêîå âîëîêíî
Âèòàÿ ïàðà UTP Cat. 5
Âèòàÿ ïàðà UTP Cat. 3, 4, 5
4B/5B
4B/5B
8B/6T
NRZI
MLT-3
NRZI
2 âîëîêíà
2 âèòûõ ïàðû
4 âèòûõ ïàðû
≤ 412 ì (mm) ≤ 2 êì (mm)* ≤ 100 êì (sm)*
≤ 100 ì
≤100 ì
Ñèãíàëüíàÿ ñõåìà Áèòîâîå êîäèðîâàíèå ×èñëî âèòûõ ïàð/ âîëîêîí Ïðîòÿæåííîñòü ñåãìåíòà
Îáîçíà÷åíèÿ: mm – ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî, sm – îäíîìîäîâîå âîëîêíî * – óêàçàííûå ðàññòîÿíèÿ ìîãóò áûòü äîñòèãíóòû òîëüêî ïðè äóïëåêñíîì ðåæèìå ñâÿçè.
100Base-TX. Ñòàíäàðò ýòîãî ôèçè÷åñêîãî èíòåðôåéñà ïðåäïîëàãàåò èñïîëüçîâàíèå íåýêðàíèðîâàííîé âèòîé ïàðû êàòåãîðèè íå íèæå 5. Îí ïîëíîñòüþ èäåíòè÷åí ñòàíäàðòó FDDI UTP PMD, êîòîðûé òàêæå ïîäðîáíî ðàññìîòðåí â ãëàâå 6. Ôèçè÷åñêèé ïîðò RJ-45, êàê è â ñòàíäàðòå 10Base-T, ìîæåò áûòü äâóõ òèïîâ: MDI (ñåòåâûå êàðòû, ðàáî÷èå ñòàíöèè) è MDI-X (ïîâòîðèòåëè Fast Ethernet, êîììóòàòîðû). Ïîðò MDI â åäèíè÷íîì êîëè÷åñòâå ìîæåò èìåòüñÿ íà ïîâòîðèòåëå Fast Ethernet. Äëÿ ïåðåäà÷è ïî ìåäíîìó êàáåëþ èñïîëüçóþòñÿ ïàðû 1 è 3. Ïàðû 2 è 4 – ñâîáîäíû. Ïîðò RJ-45 íà ñåòåâîé êàðòå è íà êîììóòàòîðå ìîæåò ïîääåðæèâàòü, íàðÿäó ñ ðåæèìîì 100Base-TX, è ðåæèì 10Base-T, èëè ôóíêöèþ àâòîîïðåäåëåíèÿ ñêîðîñòè. Áîëüøèíñòâî ñîâðåìåííûõ ñåòåâûõ êàðò è êîììóòàòîðîâ ïîääåðæèâàþò ýòó ôóíêöèþ ïî ïîðòàì RJ-45 è, êðîìå ýòîãî, ìîãóò ðàáîòàòü â äóïëåêñíîì ðåæèìå. 100Base-T4. Ýòîò òèï èíòåðôåéñà ïîçâîëÿåò îáåñïå÷èòü ïîëóäóïëåêñíûé êàíàë ñâÿçè ïî âèòîé ïàðå UTP Cat. 3 è âûøå. Èìåííî âîçìîæíîñòü ïåðåõîäà ïðåäïðèÿòèÿ ñî ñòàíäàðòà Ethernet íà ñòàíäàðò Fast Ethernet áåç ðàäèêàëüíîé çàìåíû ñóùåñòâóþùåé êàáåëüíîé ñèñòåìû íà îñíîâå UTP Cat. 3 ñëåäóåò ñ÷èòàòü ãëàâíûì ïðåèìóùåñòâîì ýòîãî ñòàíäàðòà.  îòëè÷èå îò ñòàíäàðòà 100Base-TX, ãäå äëÿ ïåðåäà÷è èñïîëüçóåòñÿ òîëüêî äâå âèòûõ ïàðû êàáåëÿ, â ñòàíäàðòå 100Base-T4 èñïîëüçóþòñÿ âñå ÷åòûðå ïàðû (ðèñ. 7.18 à). Ïðè÷åì ïðè ñâÿçè ðàáî÷åé ñòàíöèè è ïîâòîðèòåëÿ ïîñðåäñòâîì ïðÿìîãî êàáåëÿ äàííûå îò ðàáî÷åé ñòàíöèè ê ïîâòîðèòåëþ èäóò ïî âèòûì ïàðàì 1, 3 è 4, à â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè – ïî ïàðàì 2, 3 è 4. Ïàðû 1 è 2 èñïîëüçóþòñÿ äëÿ îáíàðóæåíèÿ êîëëèçèé ïîäîáíî ñòàíäàðòó Ethernet. Äðóãèå äâå ïàðû 3 è 4 ïîïåðåìåííî, â çàâèñèìîñòè îò êîìàíä, ìîãóò ïðîïóñêàòü ñèãíàë ëèáî â îäíîì, ëèáî â äðóãîì íàïðàâëåíèè. Ïåðåäà÷à ñèãíàëà ïàðàëëåëüíî ïî òðåì âèòûì ïàðàì ýêâèâàëåíòíà èíâåðñíîìó ìóëüòèïëåêñèðîâàíèþ, ðàññìîòðåííîìó â ãëàâå 5. Áèòîâàÿ ñêîðîñòü â ðàñ÷åòå íà îäèí êàíàë ñîñòàâëÿåò 33,33 Ìáèò/ñ. Ñèìâîëüíîå êîäèðîâàíèå 8B/6T. Åñëè áû èñïîëüçîâàëîñü ìàí÷åñòåðñêîå êîäèðîâàíèå, òî áèòîâàÿ ñêîðîñòü â ðàñ÷åòå íà îäíó âèòóþ ïàðó áûëà áû 33,33 Ìáèò/ñ, ÷òî ïðåâûøàëî áû óñòàíîâëåííûé ïðåäåë 30 ÌÃö äëÿ òàêèõ êàáåëåé. Ýôôåêòèâíîå óìåíüøåíèå ÷àñòîòû ìîäóëÿöèè äîñòèãàåòñÿ, åñëè âìåñòî ïðÿìîãî (äâóõóðîâíåâîãî) áèíàðíîãî êîäà èñïîëüçîâàòü òðåõóðîâíåâûé (ternary) êîä. Ýòîò êîä èçâåñòåí êàê 8B/6T [16]; ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ïðåæäå, ÷åì ïðîèñõîäèò ïåðåäà÷à, êàæäûé íàáîð èç 8 áèíàðíûõ áèòîâ (ñèìâîë) ñíà÷àëà ïðåîáðàçóåòñÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ îïðåäåëåííûìè ïðàâèëàìè â 6 òðîéíûõ (òðåõóðîâíåâûõ) ñèìâîëîâ. Íà ïðèìåðå, ïîêàçàííîì íà ðèñ.7.18 á, ìîæíî îïðåäåëèòü ñêîðîñòü òðåõóðîâíåâîãî ñèìâîëüíîãî ñèãíàëà: (100 × 6/8)/3 = 25 ÌÃö, çíà÷åíèå êîòîðîé íå ïðåâûøàåò óñòàíîâëåííûé ïðåäåë. Èíòåðôåéñ 100Base-T4 èìååò îäèí ñóùåñòâåííûé íåäîñòàòîê – ïðèíöèïèàëüíóþ íåâîçìîæíîñòü ïîääåðæêè äóïëåêñíîãî ðåæèìà ïåðåäà÷è. È åñëè ïðè ñòðîèòåëüñòâå íåáîëüøèõ ñåòåé Fast Ethernet ñ èñïîëüçîâàíèåì ïîâòîðèòåëåé 100Base-TX íå èìååò ïðåèìóùåñòâ ïåðåä 100Base-T4 (ñóùåñòâóåò êîëëèçèîííûé äîìåí, ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ êîòîðîãî íå áîëüøå 100 Ìáèò/ñ), òî ïðè ñòðîèòåëüñòâå ñåòåé ñ èñïîëüçîâàíèåì êîììóòàòîðîâ íåäîñòàòîê èíòåðôåéñà 100Base-T4 ñòàíîâèòñÿ î÷åâèäíûì è î÷åíü ñåðüåçíûì. Ïîýòîìó äàííûé èíòåðôåéñ íå ïîëó÷èë ñòîëü áîëüøîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ, êàê 100Base-TX è 100Base-FX.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
177
Подуровень PMD
CSMA/CD
Пара 1
CSMA/CD
Пара 2 Пара 3
а)
8 битовый символ
6 тернарный символ
Пара 4
Оконечное оборудование
1 0 1 1 1 0 1 0
Подуровень PMD
Повторитель
Линия свободна
б)
40 нс = 25 MT/c (MT - 106 тернарных символов)
Ðèñ. 7.18. Ôèçè÷åñêèå èíòåðôåéñû 100Base-T4: à) èñïîëüçîâàíèå âèòûõ ïàð; á) êîäèðîâàíèå 6B/8T
Òèïû óñòðîéñòâ Fast Ethernet Îñíîâíûå êàòåãîðèè óñòðîéñòâ, ïðèìåíÿåìûõ â Fast Ethernet, òàêèå æå êàê è â Ethernet: òðàíñèâåðû; êîíâåðòåðû; ñåòåâûå êàðòû (äëÿ óñòàíîâêè íà ðàáî÷èå ñòàíöèè/ôàéë ñåðâåðû); ïîâòîðèòåëè; êîììóòàòîðû. Òðàíñèâåð – ýòî (ïî àíàëîãèè ñ òðàíñèâåðîì Ethernet) äâóõïîðòîâîå óñòðîéñòâî, îõâàòûâàþùåå ïîäóðîâíè PCS, PMA, PMD è AUTONEG, è èìåþùåå, ñ îäíîé ñòîðîíû, MII èíòåðôåéñ, ñ äðóãîé – îäèí èç ñðåäîçàâèñèìûõ ôèçè÷åñêèõ èíòåðôåéñîâ (100Base-FX, 100Base-TX èëè 100Base-T4). Òðàíñèâåðû èñïîëüçóþòñÿ ñðàâíèòåëüíî ðåäêî, êàê è ðåäêî èñïîëüçóþòñÿ ñåòåâûå êàðòû, ïîâòîðèòåëè, êîììóòàòîðû ñ èíòåðôåéñîì MII. Ñåòåâàÿ êàðòà. Íàèáîëåå øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èëè ñåãîäíÿ ñåòåâûå êàðòû ñ èíòåðôåéñîì 100Base-TX íà øèíó PCI. Íåîáÿçàòåëüíûìè, íî êðàéíå æåëàòåëüíûìè, ôóíêöèÿìè ïîðòà RJ-45 ÿâëÿþòñÿ àâòîêîíôèãóðèðîâàíèå 100/10 Ìáèò/ñ è ïîääåðæêà äóïëåêñíîãî ðåæèìà. Áîëüøèíñòâî ñîâðåìåííûõ âûïóñêàåìûõ êàðò ïîääåðæèâàþò ýòè ôóíêöèè. Âûïóñêàþòñÿ òàêæå ñåòåâûå êàðòû ñ îïòè÷åñêèì èíòåðôåéñîì 100Base-FX (ïðîèçâîäèòåëè IMC, Adaptec, Transition Networks è äð.) – îñíîâíûì ñòàíäàðòíûì îïòè÷åñêèì ÿâëÿåòñÿ ðàçúåì SC (äîïóñêàåòñÿ ST) íà ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî. Êîíâåðòåð (media converter) – ýòî äâóõïîðòîâîå óñòðîéñòâî, îáà ïîðòà êîòîðîãî ïðåäñòàâëÿþò ñðåäîçàâèñèìûå èíòåðôåéñû. Êîíâåðòåðû, â îòëè÷èå îò ïîâòîðèòåëåé, ìîãóò ðàáîòàòü â äóïëåêñíîì ðåæèìå çà èñêëþ÷åíèå ñëó÷àÿ, êîãäà èìååòñÿ ïîðò 100Base-T4. Ðàñïðîñòðàíåíû êîíâåðòåðû 100Base-TX/100Base-FX.  ñèëó îáùèõ òåíäåíöèé ðîñòà øèðîêîïîëîñíûõ ïðîòÿæåííûõ ñåòåé ñ èñïîëüçîâàíèåì îäíîìîäîâûõ ÂÎÊ ïîòðåáëåíèå îïòè÷åñêèõ ïðèåìîïåðåäàò÷èêîâ íà îäíîìîäîâîå âîëîêíî ðåçêî âîçðîñëî â ïîñëåäíèå îäèí-äâà ãîäà. Êîíâåðòåðíûå øàññè, îáúåäèíÿþùèå íåñêîëüêî îòäåëüíûõ ìîäóëåé 100Base-TX/100Base-FX, ïîçâîëÿþò ïîäêëþ÷àòü ìíîæåñòâî ñõîäÿùèõñÿ â öåíòðàëüíîì óçëå âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ñåãìåíòîâ ê êîììóòàòîðó, îñíàùåííîìó äóïëåêñíûìè ïîðòàìè RJ-45 (100Base-TX). Ïîâòîðèòåëü. Ïî ïàðàìåòðó ìàêñèìàëüíûõ âðåìåííûõ çàäåðæåê ïðè ðåòðàíñëÿöèè êàäðîâ ïîâòîðèòåëè Fast Ethernet ïîäðàçäåëÿþòñÿ íà äâà êëàññà: •
Êëàññ I. Çàäåðæêà íà äâîéíîì ïðîáåãå RTD íå äîëæíà ïðåâûøàòü 130 BT. Â ñèëó ìåíåå æåñòêèõ òðåáîâàíèé, ïîâòîðèòåëè ýòîãî êëàññà ìîãóò èìåòü ïîðòû T4 è TX/FX, à òàêæå îáúåäèíÿòüñÿ â ñòåê.
•
Êëàññ II. Ê ïîâòîðèòåëÿì ýòîãî êëàññà ïðåäúÿâëÿþòñÿ áîëåå æåñòêèå òðåáîâàíèÿ ïî çàäåðæêå íà äâîéíîì ïðîáåãå: RTD < 92 BT, åñëè ïîðòû òèïà TX/FX; è RTD < 67 BT, åñëè âñå ïîðòû òèïà T4. ( ñèëó çíà÷èòåëüíûõ îòëè÷èé â îðãàíèçàöèè ôèçè÷åñêèõ óðîâíåé âîçíèêàåò áîëüøàÿ çàäåðæêà êàäðà ïðè ðåòðàíñëÿöèè ìåæäó ïîðòàìè èíòåðôåéñîâ T4 è TX/FX. Ïîýòîìó ïîâòîðèòåëè, ñîâìåùàþùèå â ïðåäåëàõ îäíîãî óñòðîéñòâà ïîðòû T4 ñ ïîðòàìè TX/FX, îòíåñåíû ïî ñòàíäàðòó ê êëàññó I.)
Êîììóòàòîð – îäíî èç íàèáîëåå âàæíûõ óñòðîéñòâ ïðè ïîñòðîåíèè êîðïîðàòèâíûõ ñåòåé. Áîëüøèíñòâî ñîâðåìåííûõ êîììóòàòîðîâ Fast Ethernet ïîääåðæèâàþò àâòîêîíôèãóðèðîâàíèå 100/10 Ìáèò/ñ ïî ïîðòàì RJ-45 è ìîãóò îáåñïå÷èâàòü äóïëåêñíûé êàíàë ñâÿçè ïî âñåì ïîðòàì (çà èñêëþ÷åíèåì 100Base-T4). Êîììóòàòîðû ìîãóò èìåòü ñïåöèàëüíûå äîïîëíèòåëüíûå ñëîòû äëÿ óñòàíîâëåíèÿ up-link ìîäóëÿ.  êà÷åñòâå èíòåðôåéñîâ ó òàêèõ ìîäóëåé ìîãóò âûñòóïàòü îïòè÷åñêèå ïîðòû òèïà Fast Ethernet 100Base-FX, FDDI , ATM (155 Ìáèò/ñ), Gigabit
178
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Ethernet è äð. Êðóïíûìè ïðîèçâîäèòåëÿìè êîììóòàòîðîâ Fast Ethernet ÿâëÿþòñÿ êîìïàíèè: 3Com, Bay Networks, Cabletron, DEC, Intel, NBase, Cisco è äð.
7.5. Ïðîåêòèðîâàíèå ñåòè â ïðåäåëàõ êîëëèçèîííîãî äîìåíà Fast Ethernet Äëÿ àíàëèçà êîëëèçèîííîãî äîìåíà â ñòàíäàðòå Fast Ethernet ïðèíÿòû äâå ìîäåëè (ñõîæèå íàçíà÷åíèþ ñî ñòàíäàðòîì Ethernet). Ìîäåëü 1 óñòàíàâëèâàåò æåñòêèå ïðàâèëà, ïðè ïîìîùè êîòîðûõ ìîæíî àíàëèçèðîâàòü êîíôèãóðàöèþ ñåòè. Êàê è â ñòàíäàðòå Ethernet, ýòè ïðàâèëà ÿâëÿþòñÿ äîñòàòî÷íûìè, òî åñòü, åñëè êîíôèãóðàöèÿ ñåòè óäîâëåòâîðÿåò ýòèì ïðàâèëàì, òî ñåòü ïîñòðîåíà âåðíî. Åñëè æå êîíôèãóðàöèÿ êîëëèçèîííîãî äîìåíà íå óäîâëåòâîðÿåò ïðàâèëàì ìîäåëè 1, òî äëÿ àíàëèçà ñëåäóåò ïðèáåãàòü ê ìîäåëè 2. Ðàçóìååòñÿ, ëþáàÿ êîíôèãóðàöèÿ, óäîâëåòâîðÿþùàÿ ìîäåëè 1, áóäåò óäîâëåòâîðÿòü ìîäåëè 2.
Ìîäåëü 1 Îñíîâíûå äîïóñòèìûå êîíôèãóðàöèè ìîäåëè 1 ïîêàçàíû íà ðèñ. 7.19 [21]. Ðàññòîÿíèÿ ñåãìåíòîâ íà âèòîé ïàðå óêàçàíû ìàêñèìàëüíûå – â ðàìêàõ ìîäåëè 1 èõ íåëüçÿ ïðåâûøàòü. Íàïðèìåð, ðàññòîÿíèå ìåæäó äâóìÿ ïîâòîðèòåëÿìè (ìîäåëü 1D) íå äîëæíî ïðåâûøàòü 5 ì. Èñõîäÿ èç ýòèõ óñëîâèé, äàþòñÿ ìàêñèìàëüíûå çíà÷åíèÿ âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ñåãìåíòîâ, ãàðàíòèðîâàííûå äëÿ ýòîé ìîäåëè (òàáë. 7.7).
Класс I
Switch
Соеднинение "точка-точка" между двумя коммутаторами
Волоконнооптический сегмент
Rptr
100 м 100 м
Коммутатор (рабочая станция)
Switch
Модель 1A
Обозначения: Rptr - повторитель Switch - коммутатор
Модель 1B
Класс II
Класс II
Rptr
100 м
Rptr
5м
100 м
Класс II
100 м
Rptr
3
100 м 100 м
100 м
1
Модель 1C
Модель 1D
2
Ðèñ. 7.19. Ìîäåëè 1A, 1B, 1C, 1D: îñíîâíûå êîíôèãóðàöèè ðàñ÷åòà êîëëèçèîííîãî äîìåíà
Ïðîñòåéøàÿ òîïîëîãèÿ (1A) îïðåäåëÿåò òîëüêî îäèí ñåãìåíò "òî÷êà-òî÷êà", ìåæäó äâóìÿ óçëàìè.  êà÷åñòâå óñòðîéñòâà íà êàæäîì óçëå ìîæåò âûñòóïàòü êàê îêîíå÷íîå îáîðóäîâàíèå äàííûõ (ðàáî÷àÿ ñòàíöèÿ, ôàéë-ñåðâåð), òàê è êîììóòàòîð. Åñëè óçëû íå ïîääåðæèâàþò äóïëåêñíûé ðåæèì ïåðåäà÷è, òî ìàêñèìàëüíîå ðàññòîÿíèå ìåæó íèìè 412 ì. Åñëè óçëû ïîääåðæèâàþò äóïëåêñíûé ðåæèì, òî ââèäó îòñóòñòâèÿ êîëëèçèîííîãî äîìåíà, åäèíñòâåííûìè ôàêòîðàìè, îãðàíè÷èâàþùèìè ðàññòîÿíèå, ñòàíîâÿòñÿ äèñïåðñèîííûå õàðàêòåðèñòèêè âîëîêíà, ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
179
åãî òèï, à òàêæå òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ïðèåìîïåðåäàò÷èêîâ (ìîùíîñòü, ñïåêòðàëüíîå óøèðåíèå ïåðåäàò÷èêà, ÷óâñòâèòåëüíîñòü ïðèåìíèêà).
Òàáëèöà 7.7. Ìîäåëè 1A, 1B, 1C, 1D: äëèíû îïòè÷åñêèõ ñåãìåíòîâ [22] Òîïîëîãèÿ Ìîäåëü 1À
Ìîäåëü 1B
Õàðàêòåðèñòèêè FX
Ìàêñèìàëüíàÿ äëèíà îïòè÷åñêîãî ñåãìåíòà 412 ì
FX, äóïëåêñ, ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî
2000 ì
FX, äóïëåêñ, îäíîìîäîâîå âîëîêíî
110 êì*
Òîëüêî TX/FX
160 ì
Åñëè UTP ñåãìåíòû – òîëüêî T4
131 ì
Ìîäåëü 1C
Òîëüêî TX/FX
208 ì
Ìîäåëü 1D
Òîëüêî TX/FX
111 ì
Îáîçíà÷åíèÿ: FX – 100Base-FX, TX – 100Base-TX, T4 – 100Base-T4, * îáîðóäîâàíèå NBase.
Îñòàëüíûå ìîäåëè îòðàæàþò êîíôèãóðàöèè ñ ïîâòîðèòåëÿìè: ìîäåëü 1B – îäèí ïîâòîðèòåëü êëàññà I (áîëüøå îäíîãî ïîâòîðèòåëÿ êëàññà I ïî ìîäåëè 1 ïîäêëþ÷àòü íåëüçÿ), ìîäåëè 1C è 1D – ïîâòîðèòåëè êëàññà II. Ïîäêëþ÷åíèå êîììóòàòîðà âìåñòî îêîíå÷íîãî îáîðóäîâàíèÿ íå ìåíÿåò ïàðàìåòðîâ, ïîñêîëüêó îñòàåòñÿ êîëëèçèîííûé äîìåí.
Ìîäåëü 2 Ìîäåëü îñíîâûâàåòñÿ íà ñòðîãîì ðàñ÷åòå âåëè÷èíû RTD äëÿ ðàçëè÷íûõ ïàð óäàëåííûõ óñòðîéñòâ.  ñòàíäàðòå Fast Ethernet âðåìÿ RTD íå äîëæíî ïðåâîñõîäèòü 512 BT. Ýòà öèôðà îòëè÷àåòñÿ îò àíàëîãè÷íîãî ïàðàìåòðà â ñòàíäàðòå Ethernet (575 BT), íî îòëè÷èå íå áîëåå ÷åì ôîðìàëüíîå, ïîñêîëüêó óìåíüøåíèå ìàêñèìàëüíîé çàäåðæêè íà ïðåàìáóëó â Fast Ethernet ñîïðîâîæäàåòñÿ ïåðåñ÷åòîì ïàðàìåòðîâ çàäåðæêè íà DTE, êîòîðûå òîæå óìåíüøåíû íà âðåìÿ ïåðåäà÷è ïðåàìáóëû.  ñèëó ñèíõðîííîñòè ðåæèìà ïåðåäà÷è êàäðîâ, à òàêæå èç-çà íåáîëüøîãî ÷èñëà ïîâòîðèòåëåé â ïðåäåëàõ êîëëèçèîííîãî äîìåíà â Fast Ethernet îòñóòñòâóåò ïðîáëåìà, ñâÿçàííàÿ ñ óìåíüøåíèåì âåëè÷èíû ìåæêàäðîâîãî èíòåðâàëà (ñâîéñòâåííàÿ ñåòÿì Ethernet). Ïîëíîå âðåìÿ RTD ïóòè ìåæäó äâóìÿ óäàëåííûìè óçëàìè âû÷èñëÿåòñÿ íà îñíîâå ñóììû çàäåðæåê RTD íà ïðîìåæóòî÷íûõ óñòðîéñòâàõ, íà îêîíå÷íûõ óñòðîéñòâàõ è íà êàáåëüíûõ ñåãìåíòàõ.  òàáë. 7.8 ïðèâåäåíû ïðèíÿòûå ñòàíäàðòîì Fast Ethernet äîïóñòèìûå çàäåðæêè äëÿ ðàçíûõ òèïîâ óñòðîéñòâ. Åñëè èñïîëüçóåòñÿ ïîäêëþ÷åíèå òðàíñèâåðà, òî âïëîòü äî ìàêñèìàëüíîé äëèíû èíòåðôåéñíîãî MII êàáåëÿ 0,5 ì âíîñèìàÿ çàäåðæêà îò íåãî íå ó÷èòûâàåòñÿ è âêëþ÷åíà â ïàðàìåòðû çàäåðæêè DTE. Ñ ó÷åòîì äëèí ñåãìåíòîâ (òàáë. 7.7) è ìàêñèìàëüíûõ äîïóñòèìûõ çàäåðæåê (òàáë. 7.8) ïðîâåðèì íà ïðåäìåò óäîâëåòâîðåíèÿ ìîäåëè 2 êîíôèãóðàöèé A, B, C è D ìîäåëè 1 (ðèñ. 7.19). 1A: 1B: 1B: 1C: 1D: 1D:
RTD = 100+412×1,0 = 512 BT RTD = 100+100×1,112+140+160×1,0 = 511,2 BT RTD = 127+100×1,112+140+131×1,0 = 509,2 BT RTD = 100+100×1,112+92+208×1,0 = 511,2 BT RTD = 100+205×1,112+2×92 = 511,96 BT RTD = 100+105×1,112+2×92+111×1,0 = 511,76 BT
FX, ïîëóäóïëåêñíûé ðåæèì ñâÿçè Òîëüêî TX/FX UTP ñåãìåíòû òîëüêî íà îñíîâå T4 Òîëüêî TX/FX Òîëüêî TX/FX (ìåæäó 1 è 2) Òîëüêî TX/FX (ìåæäó 2 è 3).
Âî âñåõ ñëó÷àÿõ RTD íå ïðåâîñõîäèò 512 BT, òàêèì îáðàçîì êîíôèãóðàöèè óäîâëåòâîðÿþò ìîäåëè 2. Ïðèâåäåì íåñêîëüêî ïðèìåðîâ ðàñ÷åòà êîëëèçèîííûõ äîìåíîâ Fast Ethernet ïî ìîäåëè 2 (ðèñ. 7.20).  ïðèìåðàõ 7.5-7.7 ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî äëèíà âñåõ ïîäêëþ÷åíèé ïî âèòîé ïàðå íå ïðåâîñõîäèò 10 ì.  ïðèìåðå 7.8 â îäíîì êîëëèçèîííîì äîìåíå ñîâìåùåíû äâà ðàçëè÷íûõ òèïà ôèçè÷åñêîãî èíòåðôåéñà: 100Base-TX è 100Base-T4.
180
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Òàáëèöà 7.8. Ìàêñèìàëüíûå äîïóñòèìûå çàäåðæêè RTD íà óñòðîéñòâàõ Fast Ethernet è íà êàáåëüíûõ ñåãìåíòàõ, óñòàíîâëåííûå ñòàíäàðòîì [21] Óñòðîéñòâî/êàáåëüíûé ñåãìåíò
Ìàêñèìàëüíàÿ çàäåðæêà íà äâîéíîì ïðîáåãå RTD, (BT)*
DTE / êîììóòàòîð (ëþáàÿ êîìáèíàöèÿ TX è/èëè FX)
100**
DTE / êîììóòàòîð (îáà óñòðîéñòâà T4)
138**
DTE / êîììóòàòîð (êîìáèíàöèÿ T4 c TX èëè FX)
127**
Ïîâòîðèòåëü êëàññà I
140
Ïîâòîðèòåëü êëàññà II (ñ ïîðòàìè TX/FX)
92
Ïîâòîðèòåëü êëàññà II (ñ ïîðòàìè T4)
67
Êîíâåðòåð êëàññà I (TX/FX ïîðòû)
130
Êîíâåðòåð êëàññà II (TX/FX ïîðòû)
92
Âèòàÿ ïàðà UTP Cat. 3***, 1 ì
1,14
Âèòàÿ ïàðà UTP Cat. 4***, 1 ì
1,14
Âèòàÿ ïàðà UTP Cat. 5, 1 ì
1,112
Îïòè÷åñêîå âîëîêíî, 1 ì
1,0
*
Ýòî ìàêñèìàëüíîå äîïóñòèìîå ïî ñòàíäàðòó çíà÷åíèå çàäåðæêè â UTP Cat. 5. Ïðîèçâîäèòåëè ìîãóò âûïóñêàòü âèòóþ ïàðó ñ ìåíüøèì çíà÷åíèåì ýòîãî ïàðàìåòðà. ** Ó÷èòûâàþòñÿ ñðàçó îáà îêîíå÷íûõ óñòðîéñòâà. *** Ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ òîëüêî ñ èíòåðôåéñàìè 100Base-T4.
100Base-FX (L = ?)
100Base-TX (10 м)
100Base-TX (10 м) Rptr 2
Rptr 1
Класс I
Класс I
а)
100Base-FX (L = ?)
100Base-TX (10 м)
100Base-TX (10 м) Rptr 2
Rptr 1
Класс II
Класс II
б)
100Base-FX (L = ?)
100Base-TX (10 м) Rptr 1
Switch
Класс II
в)
100Base-T4 1
г)
Rptr 1
L1
100Base-TX 100Base-T4
Класс II
L2
Rptr 2
Класс I
100Base-TX L
Rptr 3
Класс II (L1 + L 2 + L3 + L4 = ?)
2 L4
Ðèñ. 7.20. Ïðèìåðû òîïîëîãèé ñåòåé Fast Ethernet â ðàìêàõ êîëëèçèîííîãî äîìåíà ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
181
Ïðèìåð 7.5. Îöåíèòü ìàêñèìàëüíóþ äëèíó îïòè÷åñêîãî ñåãìåíòà ìåæäó ïîâòîðèòåëÿìè êëàññà I (TX/FX), åñëè äëèíû âñåõ ñåãìåíòîâ ïî âèòîé ïàðå íå ïðåâîñõîäÿò 10 ì, (ðèñ. 7.20 à). Ðåøåíèå. Íà îñíîâàíèè òàáë. 7.8 íàõîäèì: RTD = 100+20×1,112+2×140+L×1,0 = 512 BT. Îòñþäà L = 109,76 ì. Ïðèìåð 7.6. Îöåíèòü ìàêñèìàëüíóþ äëèíó îïòè÷åñêîãî ñåãìåíòà ìåæäó ïîâòîðèòåëÿìè êëàññà II (TX/FX), åñëè äëèíû âñåõ ñåãìåíòîâ ïî âèòîé ïàðå íå ïðåâîñõîäÿò 10 ì, (ðèñ. 7.20 á). Ðåøåíèå. RTD = 100+20×1,112+2×92+L×1,0 = 512 BT. Îòñþäà L = 205,76 ì. Ïðèìåð 7.7. Îöåíèòü ìàêñèìàëüíóþ äëèíó îïòè÷åñêîãî ñåãìåíòà ìåæäó ïîâòîðèòåëåì êëàññà II (TX/FX) è êîììóòàòîðîì, åñëè äëèíû âñåõ ñåãìåíòîâ ïî âèòîé ïàðå íå ïðåâîñõîäÿò 10 ì, (ðèñ. 7.20 â). Ðåøåíèå. RTD = 100+10×1,112+92+L×1,0 = 512 BT. Îòñþäà L = 308,88 ì. Ïðèìåð 7.8. Îöåíèòü ìàêñèìàëüíóþ ñóììàðíóþ äëèíó ñåãìåíòîâ ïî âèòîé ïàðå ìåæäó óñòðîéñòâàìè 1 è 2 â êîíôèãóðàöèè, ïîêàçàííîé íà ðèñ. 7.20 ã. Ðåøåíèå. RTD = 127+(L1+ L2+ L3+ L4) ×1,112+67+140+92 = 512 BT. Îòñþäà L = 77,33 ì. Ïðèâåäåííûå îöåíêè âûïîëíåíû áåç çàïàñà. Îäíàêî æåëàòåëüíî, ðàññ÷èòûâàÿ êîíôèãóðàöèè êîëëèçèîííûõ äîìåíîâ Fast Ethernet, äåëàòü çàïàñ SM = 5 BT, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò äëèíå 5 ì, ò.å. â 10 ðàç ìåíüøå, ÷åì â ñòàíäàðòå Ethernet – 50 ì.
7.6. Äóïëåêñíûé Ethernet Äóïëåêñíûé êàíàë ñâÿçè (òàêæå èñïîëüçóåòñÿ òåðìèí ïîëíîäóïëåêñíûé êàíàë ñâÿçè) â îòëè÷èå îò ïîëóäóïëåêñíîãî ïîçâîëÿåò âåñòè ïåðåäà÷ó â äâóõ íàïðàâëåíèÿõ îäíîâðåìåííî. Íåîáõîäèìûì óñëîâèåì äóïëåêñíîé ïåðåäà÷è ÿâëÿåòñÿ ïîääåðæêà äóïëåêñíîé ñâÿçè íà ôèçè÷åñêîì óðîâíå. Äâà îñíîâíûõ òèïà ñðåäû – îïòè÷åñêîå âîëîêíî è âèòàÿ ïàðà (çà èñêëþ÷åíèåì èíòåðôåéñà 100Base-T4) – ïîääåðæèâàþò äóïëåêñíóþ ñâÿçü. Ñîîòâåòñòâóþùàÿ ëîãè÷åñêàÿ òîïîëîãèÿ äîëæíà áûòü "òî÷êà-òî÷êà". Íàëè÷èå äóïëåêñíîé ñðåäû – íå äîñòàòî÷íîå óñëîâèå äóïëåêñíîãî êàíàëà. Ïîâòîðèòåëü Ethernet, èìåþùèé âíóòðè ñåáÿ ëîãè÷åñêóþ òîïîëîãèþ "øèíà", â ïðèíöèïå íå ìîæåò ïîääåðæèâàòü äóïëåêñíûé ðåæèì, äàæå åñëè ðàáî÷èå ñòàíöèè ïîäêëþ÷åíû ïî âèòîé ïàðå.  òàêîé ñèòóàöèè îäíîâðåìåííàÿ ïåðåäà÷à äâóõ ñèãíàëîâ ïî îäíîìó ñåãìåíòó ïðèâåäåò ê êîëëèçèè, îáíàðóæåííîé íà óðîâíå MAC. Äóïëåêñíûé êàíàë ñâÿçè ìîæåò óñòàíàâëèâàòüñÿ ìåæäó îêîíå÷íûì óñòðîéñòâîì (ðàáî÷åé ñòàíöèåé/ñåðâåðîì) è êîììóòàòîðîì èëè ìåæäó äâóìÿ êîììóòàòîðàìè.  ðåäêèõ ñëó÷àÿõ èñïîëüçóåòñÿ ñîåäèíåíèå äâóõ îêîíå÷íûõ óñòðîéñòâ ñ äóïëåêñíîé ïåðåäà÷åé. Ïîðòû ñîîòâåòñòâóþùèõ óñòðîéñòâ è êîììóòàòîðîâ äîëæíû ïîääåðæèâàòü äóïëåêñíûé ðåæèì. Ïðè äóïëåêñíîì ðåæèìå ñòàíöèÿ èëè êîììóòàòîð ìîæåò ïåðåäàâàòü è ïðèíèìàòü äàííûå îäíîâðåìåííî. Ôàêòè÷åñêè íà óðîâíå MAC ïàðàëëåëüíî ôóíêöèîíèðóþò äâà óñòðîéñòâà – ïðèåìíûé è ïåðåäàþùèé ìîäóëè, êîòîðûå òàêæå â äóïëåêñíîì ðåæèìå âçàèìîäåéñòâóþò ñ áîëåå âûñîêèìè óðîâíÿìè. Ïðè äóïëåêñíîé ïåðåäà÷å îòïàäàåò íåîáõîäèìîñòü â ïîääåðæêå ìåõàíèçìà CSMA/CD, ÷òî äåëàåò àëãîðèòì ïåðåäà÷è çíà÷èòåëüíî ïðîùå (ðèñ. 7.21). Ïðèåìíûé ìîäóëü ðàáîòàåò áåç èçìåíåíèé (ðèñ. 7.4 á). Îòñóòñòâèå ñïåöèàëüíûõ äîïîëíèòåëüíûõ òðåáîâàíèé ê äóïëåêñíîé ïåðåäà÷å, áîëåå òîãî, óïðîùåíèå óðîâíÿ MAC, ïðèâåëî ê òîìó, ÷òî ìíîãèå ôèðìû íà÷àëè ïîñòàâëÿòü (ñ 1995 ãîäà) êîììóòàòîðû è ñåòåâûå êàðòû, ïîääåðæèâàþùèå äóïëåêñíûé ðåæèì ïåðåäà÷è, êîòîðûå ïîêàçûâàëè õîðîøóþ ñîâìåñòèìîñòü ïðè ðàáîòå äðóã ñ äðóãîì. Ñòàíäàðòèçàöèÿ äóïëåêñíîãî Ethernet ïðîèçîøëà ïîçæå, â 1997 ãîäó, ôîðìàëüíî, êàê ÷àñòü ñïåöèôèêàöèé ñòàíäàðòà IEEE 802.3x – êîíòðîëü ïîòîêà, îñíîâàííûé íà êàäðàõ [23]. Ãëàâíîå ïðåèìóùåñòâî äóïëåêñíîãî êàíàëà – îòñóòñòâèå êîëëèçèé. Äàëüíåéøèå ïðåèìóùåñòâà, âûòåêàþùèå èç ýòîãî ïîêàçàòåëÿ: 1.
Ïðè äóïëåêñíîì ðåæèìå ðàáîòû ñòàíöèÿ (êîììóòàòîð) íå æäåò ïðåêðàùåíèÿ ïðèíèìàåìîãî ñèãíàëà, à òîëüêî âûäåðæèâàåò IFG, ðàâíûé 96 BT, ìåæäó ïîñëåäîâàòåëüíûìè ïåðåäà÷àìè êàäðîâ, òàêèì îáðàçîì ñîêðàùàþòñÿ çàäåðæêè ïðè ïåðåäà÷å.
2.
Ýôôåêòèâíàÿ ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ óäâàèâàåòñÿ è ñîñòàâëÿåò 20 Ìáèò/ñ äëÿ Ethernet.
3.
Èç-çà îòñóòñòâèÿ êîëëèçèé îñòàåòñÿ î÷åíü âûñîêîé ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñåòè ïðè áîëüøîé çàãðóçêå (äî 98%) ïî êàæäîìó èç êàíàëîâ.
4.
Ñíèìàþòñÿ îãðàíè÷åíèÿ íà äëèíó ñåãìåíòîâ ìåæäó óçëàìè ñåòè, íàïðèìåð, îïòè÷åñêèé ñåãìåíò íà îäíîìîäîâîì âîëîêíå ìåæäó äâóìÿ êîììóòàòîðàìè ìîæåò èìåòü äëèíó äî
182
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
100 êì, õîòÿ ïðè íàëè÷èè îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé ðàññòîÿíèÿ ìîãóò èìåòü ãëîáàëüíûé ìàñøòàá. 5.
Äóïëåêñíàÿ ñâÿçü îáåñïå÷èâàåò ëó÷øóþ ðàáîòó ïðèëîæåíèé, êðèòè÷íûõ ê çàäåðæêàì (ñðåäè êîòîðûõ: ìóëüòèìåäèéíàÿ ñâÿçü, âèäåîêîíôåðåíöèè, è ò.ä.).
1) Готовит кадр для передачи 2) Устанавливает число попыток в 0 Ждет время IFG с момента последней передачи и начинает передавать
Ðèñ. 7.21. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà äóïëåêñíîãî àëãîðèòìà ïåðåäà÷è (óðîâåíü MAC)
Завершает передачу и устанавливает статус передачи “передача завершена”
Áîëüøèíñòâî ñîâðåìåííûõ êîììóòàòîðîâ è ñåòåâûõ êàðò Ethernet/Fast Ethernet ñ äóïëåêñíûìè èíòåðôåéñàìè 10Base-T è 10Base-FL, à òàêæå 100Base-TX è100Base-FX ïîääåðæèâàþò äóïëåêñíûé ðåæèì ñâÿçè. Èíòåðôåéñû AUI è MII ñåòåâûõ óñòðîéñòâ (êîììóòàòîðîâ, ñåòåâûõ êàðò) äóïëåêñíûå ïî ïðèðîäå, íî ðåàëüíî äóïëåêñíàÿ ïåðåäà÷à ïî íèì âîçìîæíà, òîëüêî åñëè èìååòñÿ ïîääåðæêà íà óðîâíå MAC. Ýòî ñëåäóåò ó÷èòûâàòü ïðè ïîñòðîåíèè ïðîòÿæåííûõ âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ñåãìåíòîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì òðàíñèâåðîâ Ethernet/Fast Ethernet.
7.7. Ñåòè Gigabit Ethernet (ñòàíäàðòû IEEE 802.3z è 802.3ab)  ìàðòå 1996 ãîäà êîìèòåò IEEE 802.3 îäîáðèë ïðîåêò ñòàíäàðòèçàöèè Gigabit Ethernet 802.3z.  ìàå 1996 ãîäà 11 êîìïàíèé (3Com, Bay Networks, Cisco, Compaq, Granite, Intel, LSI Logic, Packet Engines, Sun, UB Networks è VLSI Technology) îðãàíèçîâàëè àëüÿíñ Gigabit Ethernet Alliance – GEA [24]. Àëüÿíñ, îáúåäèíÿÿ óñèëèÿ áîëüøîãî ÷èñëà âåäóùèõ ïðîèçâîäèòåëåé ñåòåâîãî îáîðóäîâàíèÿ äëÿ âûðàáîòêè åäèíîãî ñòàíäàðòà è âûïóñêà âçàèìîñîâìåñòèìûõ ïðîäóêòîâ Gigabit Ethernet, ïðåñëåäóåò ñëåäóþùèå öåëè: •
ïîääåðæêà ðàñøèðåíèÿ òåõíîëîãèé Ethernet è Fast Ethernet â îòâåò íà ïîòðåáíîñòü áîëüøåé ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ;
•
ðàçðàáîòêà òåõíè÷åñêèõ ïðåäëîæåíèé ñ öåëüþ âêëþ÷åíèÿ â ñòàíäàðò;
•
âûðàáîòêà ïðîöåäóð è ìåòîäîâ òåñòèðîâàíèÿ ïðîäóêòîâ ðàçëè÷íûõ ïîñòàâùèêîâ.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ â àëüÿíñ GEA âõîäÿò áîëåå 100 êîìïàíèé. Îí îáåñïå÷èâàåò ñâÿçü ìåæäó òåõíè÷åñêèì êîìèòåòîì ïî ñòàíäàðòèçàöèè IEEE 802.3 è ïðîèçâîäèòåëÿìè ñåòåâîãî îáîðóäîâàíèÿ. Àëüÿíñ óâåëè÷èâàåò ýôôåêòèâíîñòü ðàáîòû êîìèòåòà è ñïîñîáñòâóåò áîëåå áûñòðîìó îäîáðåíèþ ñïåöèôèêàöèé ñòàíäàðòà 802.3z [25].
Àðõèòåêòóðà ñòàíäàðòà Gigabit Ethernet Íà ðèñ. 7.22 ïîêàçàíà ñòðóêòóðà óðîâíåé Gigabit Ethernet. Êàê è â ñòàíäàðòå Fast Ethernet, â Gigabit Ethernet íå ñóùåñòâóåò óíèâåðñàëüíîé ñõåìû êîäèðîâàíèÿ ñèãíàëà, êîòîðàÿ áûëà áû èäåàëüíîé äëÿ âñåõ ôèçè÷åñêèõ èíòåðôåéñîâ – òàê, ñ îäíîé ñòîðîíû, äëÿ ñòàíäàðòîâ 1000Base-LX/SX/CX èñïîëüçóåòñÿ êîäèðîâàíèå 8B/10B [26], à, ñ äðóãîé ñòîðîíû, äëÿ ñòàíäàðòà 1000Base-T èñïîëüçóåòñÿ ñïåöèàëüíûé ðàñøèðåííûé ëèíåéíûé êîä TX/T2 [27]. Ôóíêöèþ êîäèðîâàíèÿ âûïîëíÿåò ïîäóðîâåíü êîäèðîâàíèÿ PCS, ðàçìåùåííûé íèæå ñðåäîíåçàâèñèìîãî èíòåðôåéñà GMII (gigabit media independent interface). GMII èíòåðôåéñ îáåñïå÷èâàåò âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó óðîâíåì MAC è ôèçè÷åñêèì óðîâíåì, ÿâëÿåòñÿ ðàñøèðåíèåì èíòåðôåéñà MII è ìîæåò ïîääåðæèâàòü ñêîðîñòè 10, 100 è 1000 Ìáèò/ñ. Îí èìååò îòäåëüíûå 8-ðàçðÿäíûå ïðèåìíèê è ïåðåäàò÷èê è ìîæåò ïîääåðæè-
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
183
âàòü êàê ïîëóäóïëåêñíûé, òàê è äóïëåêñíûé ðåæèìû. Êðîìå ýòîãî, GMII èíòåðôåéñ íåñåò îäèí ñèãíàë, îáåñïå÷èâàþùèé ñèíõðîíèçàöèþ, è äâà ñèãíàëà ñîñòîÿíèÿ ëèíèè – ïåðâûé óêàçûâàåò íàëè÷èå íåñóùåé, à âòîðîé – îòñóòñòâèå êîëëèçèé, è åùå íåñêîëüêî äðóãèõ ñèãíàëüíûõ ëèíèé è ïèòàíèå. Òðàíñèâåðíûé ìîäóëü, îõâàòûâàþùèé ôèçè÷åñêèé óðîâåíü è îáåñïå÷èâàþùèé îäèí èç ôèçè÷åñêèõ ñðåäîçàâèñèìûõ èíòåðôåéñîâ, ìîæåò ïîäêëþ÷àòüñÿ, íàïðèìåð, ê êîììóòàòîðó Gigabit Ethernet ïîñðåäñòâîì GMII èíòåðôåéñà. Ïîäóðîâåíü ôèçè÷åñêîãî êîäèðîâàíèÿ PCS. Ïðè ïîäêëþ÷åíèè èíòåðôåéñîâ ãðóïïû 1000Base-X ïîäóðîâåíü PCS èñïîëüçóåò áëî÷íîå èçáûòî÷íîå êîäèðîâàíèå 8B/10B, çàèìñòâîâàííîå èç ñòàíäàðòà ANSI X3T11 Fibre Channel. Àíàëîãè÷íî ðàññìîòðåííîìó ñòàíäàðòó FDDI, òîëüêî íà îñíîâå áîëåå ñëîæíîé êîäîâîé òàáëèöû, êàæäûå 8 âõîäíûõ áèòîâ, ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ ïåðåäà÷è íà óäàëåííûé óçåë, ïðåîáðàçîâûâàþòñÿ â 10-áèòíûå ñèìâîëû. Êðîìå ýòîãî, â âûõîäíîì ïîñëåäîâàòåëüíîì ïîòîêå ïðèñóòñòâóþò ñïåöèàëüíûå êîíòðîëüíûå 10-áèòíûå ñèìâîëû, íàïðèìåð, èñïîëüçóåìûå äëÿ ðàñøèðåíèÿ íîñèòåëÿ (äîïîëíÿþò êàäð Gigabit Ethernet äî åãî ìèíèìàëüíî ðàçìåðà 512 áàéò). Ïðè ïîäêëþ÷åíèè èíòåðôåéñà 1000Base-T ïîäóðîâåíü PCS îñóùåñòâëÿåò ñïåöèàëüíîå ïîìåõîóñòîé÷èâîå êîäèðîâàíèå äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ïåðåäà÷è ïî âèòîé ïàðå UTP Cat.5 íà ðàññòîÿíèå äî 100 ì – ëèíåéíûé êîä TX/T2, ðàçðàáîòàííûé êîìïàíèåé Level One Communications [28, 29]. Äâà ñèãíàëà ñîñòîÿíèÿ ëèíèè – íàëè÷èå íåñóùåé è îòñóòñòâèå êîëëèçèé – ãåíåðèðóþòñÿ ýòèì ïîäóðîâíåì. Модель OSI Прикладной
Стандарт Gigabit Ethernet 7
Представительный 6 Сеансовый
5
Транспортный
4
Сетевой
3
Канальный
2
Физический
1
Обозначения: LLC - управление логическим каналом MAC - управление доступом к среде PCS - уровень физического кодирования PMA - уровень физического подключения PMD - уровень, зависящий от физической среды AUTONEG - уровень автоопределения MDI - интерфейс, зависящий от среды
LLC MAC
GMII интерфейс
PCS Трансивер Gigabit Ethernet
PMA PMD MDI
Один из портов: RJ-45 (стандарт 1000Base-СX или 1000Base-T); Duplex SC (стандарты 1000Base-LX или 1000Base-SX)
Ðèñ. 7.22. Ñòðóêòóðà óðîâíåé ñòàíäàðòà Gigabit Ethernet, GMII èíòåðôåéñ è òðàíñèâåð Gigabit Ethernet
Gigabit Ethernet IEEE 802.3z
IEEE 802.3ab
1000Base-X 1000Base-LX 1300 нм лазер MMF, SMF
1000Base-SX 850 нм лазер MMF
1000Base-CX
1000Base-T
UTP Cat. 5 до 25 м
UTP Cat. 5 до 100 м
Ðèñ. 7.23. Ôèçè÷åñêèå èíòåðôåéñû ñòàíäàðòà Gigabit Ethernet
184
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Ïîäóðîâíè PMA è PMD. Ôèçè÷åñêèé óðîâåíü Gigabit Ethernet èñïîëüçóåò íåñêîëüêî èíòåðôåéñîâ, âêëþ÷àÿ òðàäèöèîííóþ âèòóþ ïàðó êàòåãîðèè 5, à òàêæå ìíîãîìîäîâîå è îäíîìîäîâîå âîëîêíà. Ïîäóðîâåíü PMA ïðåîáðàçóåò ïàðàëëåëüíûé ïîòîê ñèìâîëîâ îò PCS â ïîñëåäîâàòåëüíûé ïîòîê, à òàêæå âûïîëíÿåò îáðàòíîå ïðåîáðàçîâàíèå (ðàñïàðàëëåëèâàíèå) âõîäÿùåãî ïîñëåäîâàòåëüíîãî ïîòîêà îò PMD. Ïîäóðîâåíü PMD îïðåäåëÿåò îïòè÷åñêèå/ýëåêòðè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ôèçè÷åñêèõ ñèãíàëîâ äëÿ ðàçíûõ ñðåä. Âñåãî îïðåäåëÿþòñÿ 4 ðàçëè÷íûõ òèïà ôèçè÷åñêèõ èíòåðôåéñîâ ñðåäû, êîòîðûå îòðàæåíû â ñïåöèôèêàöèÿõ ñòàíäàðòà 802.3z (1000Base-X) è 802.3ab (1000Base-T), (ðèñ. 7.23). 1000Base-X. 1000Base-X îñíîâûâàåòñÿ íà ñòàíäàðòå ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ Fibre Channel – òåõíîëîãèè âçàèìîäåéñòâèÿ ðàáî÷èõ ñòàíöèé, ñóïåðêîìïüþòåðîâ, óñòðîéñòâ õðàíåíèÿ è ïåðèôåðèéíûõ óçëîâ. Fibre Channel èìååò 4-óðîâíåâóþ àðõèòåêòóðó. Äâà íèæíèõ óðîâíÿ FC-0 (èíòåðôåéñû è ñðåäà) è FC-1 (êîäèðîâàíèå/äåêîäèðîâàíèå) ïåðåíåñåíû â Gigabit Ethernet. Ïîñêîëüêó Fibre Channel ÿâëÿåòñÿ îäîáðåííîé òåõíîëîãèåé, òî òàêîå ïåðåíåñåíèå çíà÷èòåëüíî ñîêðàòèëî âðåìÿ íà ðàçðàáîòêó îðèãèíàëüíîãî ñòàíäàðòà Gigabit Ethernet. Áëî÷íûé êîä 8B/10B àíàëîãè÷åí êîäó 4B/5B, ïðèíÿòîìó â ñòàíäàðòå FDDI. Îäíàêî êîä 4B/5B áûë îòâåðãíóò â Fibre Channel, ïîòîìó ÷òî ýòîò êîä íå îáåñïå÷èâàåò áàëàíñà ïî ïîñòîÿííîìó òîêó3. Îòñóòñòâèå áàëàíñà ïîòåíöèàëüíî ìîæåò ïðèâåñòè ê çàâèñÿùåìó îò ïåðåäàâàåìûõ äàííûõ íàãðåâàíèþ ëàçåðíûõ äèîäîâ, ïîñêîëüêó ïåðåäàò÷èê ìîæåò ïåðåäàâàòü áîëüøå áèòîâ 1 (èçëó÷åíèå åñòü), ÷åì 0 (èçëó÷åíèÿ íåò), ÷òî ìîæåò áûòü ïðè÷èíîé äîïîëíèòåëüíûõ îøèáîê ïðè âûñîêèõ ñêîðîñòÿõ ïåðåäà÷è. 1000Base-X ïîäðàçäåëÿåòñÿ íà òðè ôèçè÷åñêèõ èíòåðôåéñà, îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè êîòîðûõ ïðèâåäåíû íèæå [30]: •
1000Base-SX – îïðåäåëÿåò ëàçåðû ñ äîïóñòèìîé äëèíîé èçëó÷åíèÿ â ïðåäåëàõ äèàïàçîíà 770-860 íì, ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ ïåðåäàò÷èêà â ïðåäåëàõ îò –10 äî 0 äÁì, ïðè îòíîøåíèè ON/OFF (ñèãíàë / íåò ñèãíàëà) íå ìåíüøå 9 äÁ. ×óâñòâèòåëüíîñòü ïðèåìíèêà – 17 äÁì, íàñûùåíèå ïðèåìíèêà 0 äÁì;
•
1000Base-LX – îïðåäåëÿåò ëàçåðû ñ äîïóñòèìîé äëèíîé èçëó÷åíèÿ â ïðåäåëàõ äèàïàçîíà 1270-1355 íì, ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ ïåðåäàò÷èêà â ïðåäåëàõ îò –13,5 äî –3 äÁì, ïðè îòíîøåíèè ON/OFF (åñòü ñèãíàë / íåò ñèãíàëà) íå ìåíüøå 9 äÁ. ×óâñòâèòåëüíîñòü ïðèåìíèêà –19 äÁì, íàñûùåíèå ïðèåìíèêà –3 äÁì;
•
1000Base-CX – ýêðàíèðîâàííàÿ âèòàÿ ïàðà (STP "twinax") íà êîðîòêèå ðàññòîÿíèÿ.
Äëÿ ñïðàâêè â òàáë. 7.9 ïðèâåäåíû îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè îïòè÷åñêèõ ïðèåìîïåðåäàþùèõ ìîäóëåé, âûïóñêàåìûõ ôèðìîé Hewlett Packard äëÿ ñòàíäàðòíûõ èíòåðôåéñîâ 1000Base-SX (ìîäåëü HFBR-5305, λ = 850) è 1000Base-LX (ìîäåëü HFCT-5305, λ = 1300).
Òàáëèöà 7.9. Õàðàêòåðèñòèêè îïòè÷åñêèõ ïðèåìîïåðåäàò÷èêîâ Gigabit Ethernet [31] 1000Base-SX λ = 850
1000Base-LX λ = 1300
min
max
min
max
0
70
0
70
Íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ, Â
4,75
5,25
4,75
5,25
Âûõîäíàÿ îïòè÷åñêàÿ ìîùíîñòü, äÁì
–10
–4
–13
–3
×óâñòâèòåëüíîñòü ïðèåìíèêà, äÁì
0
–17
–3
–20
Ñîîòíîøåíèå ñèãíàë/íåò ñèãíàëà, äÁ
9
–
9
–
Ñïåêòðàëüíîå óøèðåíèå, íì
–
0,85
–
4
Âðåìÿ íàðàñòàíèÿ/ñïàäà îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà, íñ
–
0,26
–
0,45
Ïàðàìåòðû Òåìïåðàòóðà îêðóæàþùåé ñðåäû, oC
3
Õîòÿ ñàì êîä 4B/5B íå îáåñïå÷èâàåò áàëàíñà ïî ïîñòîÿííîìó òîêó, â ñòàíäàðòå FDDI ïðåäóñìîòðåí ñïåöèàëüíûé äîïîëíèòåëüíûé óçåë, ïîääåðæèâàþùèé áàëàíñ ïî ïîñòîÿííîìó òîêó ñ äðåéôîì â ïðåäåëàõ ± 10%. Ïðè èñïîëüçîâàíèè êîäà 8B/10B íåîáõîäèìîñòü â òàêîì óçëå îòïàäàåò, è ïðè ýòîì ïîëíîñòüþ îòñóòñòâóåò äðåéô ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
185
Ïîääåðæèâàåìûå ðàññòîÿíèÿ äëÿ ñòàíäàðòîâ 1000Base-X ïðèâåäåíû â òàáë. 7.10.
Òàáëèöà 7.10. Òèïû êàáåëåé è ðàññòîÿíèÿ Ñòàíäàðò
Òèï âîëîêíà/ìåäíîãî êàáåëÿ
1000Base-LX Îäíîìîäîâîå âîëîêíî (9 ìêì) (ëàçåðíûé äèÌíîãîìîäîâîå âîëîêíî (50 ìêì)*** îä 1300 íì) Ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî (62,5 ìêì)*** 1000Base-SX Ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî (50 ìêì) (ëàçåðíûé äèÌíîãîìîäîâîå âîëîêíî (62,5 ìêì) îä 850 íì) Ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî (62,5 ìêì) 1000Base-CX
Ýêðàíèðîâàííàÿ âèòàÿ ïàðà: STP 150 Îì
Ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ Ìàêñèìàëüíîå (íå õóæå), ÌÃö×êì ðàññòîÿíèå*, ì –
5000 **
500
550
320
400
400
500
200
275
160
220
–
25
* **
Âñå ðàññòîÿíèÿ, çà èñêëþ÷åíèåì ïîñëåäíåãî (25 ì), ïðåäïîëàãàþò èñïîëüçîâàíèå äóïëåêñíîãî ðåæèìà Áîëüøåå ðàññòîÿíèå ìîæåò îáåñïå÷èâàòü îáîðóäîâàíèå íåêîòîðûõ ïðîèçâîäèòåëåé, îïòè÷åñêèå ñåãìåíòû áåç ïðîìåæóòî÷íûõ ðåòðàíñëÿòîðîâ/óñèëèòåëåé ìîãóò äîñòèãàòü 100 êì. *** Ìîæåò òðåáîâàòüñÿ ñïåöèàëüíûé ïåðåõîäíîé øíóð (ñì. íèæå – Îñîáåííîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ìíîãîìîäîâûõ ÂÎÊ)
Ïðè êîäèðîâàíèè 8B/10B áèòîâàÿ ñêîðîñòü â îïòè÷åñêîé ëèíèè ñîñòàâëÿåò 1250 áèò/c. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ ó÷àñòêà êàáåëÿ äîïóñòèìîé äëèíû äîëæíà ïðåâûøàòü 625 ÌÃö. Èç òàáë. 7.10 âèäíî, ÷òî ýòîò êðèòåðèé äëÿ ñòðî÷åê 2-6 âûïîëíÿåòñÿ. Èç-çà áîëüøîé ñêîðîñòè ïåðåäà÷è Gigabit Ethernet ñëåäóåò áûòü âíèìàòåëüíûì ïðè ïîñòðîåíèè ïðîòÿæåííûõ ñåãìåíòîâ. Áåçóñëîâíî, ïðåäïî÷òåíèå îòäàåòñÿ îäíîìîäîâîìó âîëîêíó. Ïðè ýòîì õàðàêòåðèñòèêè îïòè÷åñêèõ ïðèåìîïåðåäàò÷èêîâ ìîãóò áûòü çíà÷èòåëüíî âûøå. Íàïðèìåð, êîìïàíèÿ NBase âûïóñêàåò êîììóòàòîðû ñ ïîðòàìè Gigabit Ethernet, îáåñïå÷èâàþùèìè ðàññòîÿíèÿ äî 40 êì ïî îäíîìîäîâîìó âîëîêíó áåç ðåòðàíñëÿöèè – èñïîëüçóþòñÿ óçêîñïåêòðàëüíûå DFBëàçåðû, ðàáîòàþùèå íà äëèíå âîëíû 1550 íì [32]. Îñîáåííîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ìíîãîìîäîâûõ ÂÎÊ Â ìèðå ñóùåñòâóåò îãðîìíîå êîëè÷åñòâî êîðïîðàòèâíûõ ñåòåé íà îñíîâå ìíîãîìîäîâîãî ÂÎÊ ñ âîëîêíàìè 62,5/125 è 50/125. Ïîýòîìó åñòåñòâåííî, ÷òî åùå íà ýòàïå ôîðìèðîâàíèÿ ñòàíäàðòà Gigabit Ethernet âîçíèêëà çàäà÷à àäàïòàöèè ýòîé òåõíîëîãèè äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â ñóùåñòâóþùèõ ìíîãîìîäîâûõ êàáåëüíûõ ñèñòåìàõ.  õîäå èññëåäîâàíèé ïî ðàçðàáîòêå ñïåöèôèêàöèé 1000Base-SX è 1000Base-LX âûÿâëåíà îäíà î÷åíü èíòåðåñíàÿ àíîìàëèÿ, ñâÿçàííàÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ëàçåðíûõ ïåðåäàò÷èêîâ ñîâìåñòíî ñ ìíîãîìîäîâûì âîëîêíîì. Ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî êîíñòðóèðîâàëîñü äëÿ ñîâìåñòíîãî èñïîëüçîâàíèÿ ñî ñâåòîèçëó÷àþùèìè äèîäàìè (ñïåêòð èçëó÷åíèÿ 30-50 íñ). Íåêîãåðåíòíîå èçëó÷åíèå îò òàêèõ ñâåòîäèîäîâ ïîïàäàåò â âîëîêíî ïî âñåé ïëîùàäè ñâåòîíåñóùåé ñåðäöåâèíû.  ðåçóëüòàòå â âîëîêíå âîçáóæäàåòñÿ îãðîìíîå ÷èñëî ìîäîâûõ ãðóïï. Ðàñïðîñòðàíÿþùèéñÿ ñèãíàë õîðîøî ïîääàåòñÿ îïèñàíèþ íà ÿçûêå ìåæìîäîâîé äèñïåðñèè. Ýôôåêòèâíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ òàêèõ ñâåòîäèîäîâ â êà÷åñòâå ïåðåäàò÷èêîâ â ñòàíäàðòå Gigabit Ethernet íèçêàÿ â ñèëó î÷åíü âûñîêîé ÷àñòîòû ìîäóëÿöèè – ñêîðîñòü áèòîâîãî ïîòîêà â îïòè÷åñêîé ëèíèè ðàâíà 1250 Ìáîä, à äëèòåëüíîñòü îäíîãî èìïóëüñà – 0,8 íñ. Ìàêñèìàëüíàÿ ñêîðîñòü, êîãäà åùå èñïîëüçóþòñÿ ñâåòîäèîäû äëÿ ïåðåäà÷è ñèãíàëà ïî ìíîãîìîäîâîìó âîëîêíó, ñîñòàâëÿåò 622,08 Ìáèò/c (STM-4, c ó÷åòîì èçáûòî÷íîñòè êîäà 8B/10B, áèòîâàÿ ñêîðîñòü â îïòè÷åñêîé ëèíèè 777,6 Ìáîä). Ïîýòîìó Gigabit Ethernet ñòàë ïåðâûì ñòàíäàðòîì, ðåãëàìåíòèðóþùèì èñïîëüçîâàíèå ëàçåðíûõ îïòè÷åñêèõ ïåðåäàò÷èêîâ ñîâìåñòíî ñ ìíîãîìîäîâûì âîëîêíîì. Ïëîùàäü ââîäà èçëó÷åíèÿ â âîëîêíî îò ëàçåðà çíà÷èòåëüíî ìåíüøå, ÷åì ðàçìåð ñåðäöåâèíû ìíîãîìîäîâîãî âîëîêíà. Ýòîò ôàêò ñàì ïî ñåáå åùå íå ïðèâîäèò ê ïðîáëåìå.  òî æå âðåìÿ â òåõíîëîãè÷åñêîì ïðîöåññå ïðîèçâîäñòâà ñòàíäàðòíûõ êîììåð÷åñêèõ ìíîãîìîäîâûõ âîëîêîí äîïóñêàåòñÿ íàëè÷èå íåêîòîðûõ íåêðèòè÷íûõ ïðè òðàäèöèîííîì èñïîëüçîâàíèè âîëîêíà äåôåêòîâ (îòêëîíåíèé â ïðåäåëàõ äîïóñòèìîãî), â íàèáîëüøåé ñòåïåíè ñîñðåäîòî÷åííûõ âáëèçè îñè ñåðäöåâèíû âîëîêíà. Õîòÿ òàêîå ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî ïîëíîñòüþ óäîâëåòâîðÿåò òðåáîâàíèÿì ñòàíäàðòà, êîãåðåíòíûé ñâåò îò ëàçåðà, ââåäåííûé ïî öåíòðó òàêîãî âîëîêíà, ïðîõîäÿ ÷åðåç îáëàñòè íåîäíîðîäíîñòè ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ, ñïîñîáåí ðàñùåïèòüñÿ íà íåáîëüøîå ÷èñëî ìîä, êîòîðûå çàòåì ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ ïî âîëîêíó ðàçíûìè îïòè÷åñêèìè ïóòÿìè è ñ ðàçíîé ñêîðîñòüþ. Ýòî ÿâëåíèå èçâåñòíî êàê äèôôåðåíöèàëüíàÿ ìîäîâàÿ çàäåðæêà DMD.  ðåçóëü-
186
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
òàòå ïîÿâëÿåòñÿ ôàçîâûé ñäâèã ìåæäó ìîäàìè, ïðèâîäÿùèé ê íåæåëàòåëüíîé èíòåðôåðåíöèè íà ïðèåìíîé ñòîðîíå è ê çíà÷èòåëüíîìó ðîñòó ÷èñëà îøèáîê (ðèñ. 7.24 à). Ýòîò ýôôåêò ïðîÿâëÿåòñÿ òîëüêî ïðè îäíîâðåìåííîì ñòå÷åíèè ðÿäà îáñòîÿòåëüñòâ: ìåíåå óäà÷íîå âîëîêíî, ìåíåå óäà÷íûé ëàçåðíûé ïåðåäàò÷èê (ðàçóìååòñÿ, óäîâëåòâîðÿþùèå ñòàíäàðòó) è ìåíåå óäà÷íûé ââîä èçëó÷åíèÿ â âîëîêíî. Ñ ôèçè÷åñêîé ñòîðîíû ýôôåêò DMD ñâÿçàí ñ òåì, ÷òî ýíåðãèÿ îò êîãåðåíòíîãî èñòî÷íèêà ðàñïðåäåëÿåòñÿ âíóòðè íåáîëüøîãî ÷èñëà ìîä, â òî âðåìÿ êàê íåêîãåðåíòíûé èñòî÷íèê ðàâíîìåðíî âîçáóæäàåò îãðîìíîå ÷èñëî ìîä. Èññëåäîâàíèÿ ïîêàçûâàþò, ÷òî ýôôåêò ïðîÿâëÿåòñÿ ñèëüíåé ïðè èñïîëüçîâàíèè äëèííîâîëíîâûõ ëàçåðîâ (îêíî ïðîçðà÷íîñòè 1300 íì) [33, 34]. Óêàçàííàÿ àíîìàëèÿ â õóäøåì ñëó÷àå ìîæåò âåñòè ê óìåíüøåíèþ ìàêñèìàëüíîé äëèíû ñåãìåíòà íà îñíîâå ìíîãîìîäîâîãî ÂÎÊ. Ïîñêîëüêó ñòàíäàðò äîëæåí îáåñïå÷èâàòü 100ïðîöåíòíóþ ãàðàíòèþ ðàáîòû, ìàêñèìàëüíàÿ äëèíà ñåãìåíòà äîëæíà ðåãëàìåíòèðîâàòüñÿ ñ ó÷åòîì âîçìîæíîãî ïðîÿâëåíèÿ ýôôåêòà DMD. Èíòåðôåéñ 1000Base-LX. Äëÿ òîãî, ÷òîáû ñîõðàíèòü áîëüøåå ðàññòîÿíèå è èçáåæàòü íåïðåäñêàçóåìîñòè ïîâåäåíèÿ êàíàëà Gigabit Ethernet èç-çà àíîìàëèè, ïðåäëîæåíî ââîäèòü èçëó÷åíèå íå â öåíòðàëüíóþ ÷àñòü ñåðäöåâèíû ìíîãîìîäîâîãî âîëîêíà. Èçëó÷åíèå èç-çà àïåðòóðíîãî ðàñõîæäåíèÿ óñïåâàåò ðàâíîìåðíî ðàñïðåäåëèòüñÿ ïî âñåé ñåðäöåâèíå âîëîêíà, ñèëüíî îñëàáëÿÿ ïðîÿâëåíèå ýôôåêòà, õîòÿ ìàêñèìàëüíàÿ äëèíà ñåãìåíòà è ïîñëå ýòîãî îñòàåòñÿ îãðàíè÷åííîé (òàáë. 7.10). Ñïåöèàëüíî ðàçðàáîòàíû ïåðåõîäíûå îäíîìîäîâûå îïòè÷åñêèå øíóðû MCP (mode conditioning patch-cords), ó êîòîðûõ îäèí èç ñîåäèíèòåëåé (à èìåííî òîò, êîòîðûé ïëàíèðóåòñÿ ñîïðÿãàòü ñ ìíîãîìîäîâûì âîëîêíîì) èìååò íåáîëüøîå ñìåùåíèå îò îñè ñåðäöåâèíû âîëîêíà. Îïòè÷åñêèé øíóð, ó êîòîðîãî îäèí ñîåäèíèòåëü – Duplex SC ñî ñìåùåííîé ñåðäöåâèíîé, à äðóãîé – îáû÷íûé Duplex SC, ìîæåò íàçûâàòüñÿ òàê: MCP Duplex SC-Duplex SC. Ðàçóìååòñÿ, òàêîé øíóð íå ïîäõîäèò äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â òðàäèöèîííûõ ñåòÿõ, íàïðèìåð â Fast Ethernet, èç-çà áîëüøèõ âíîñèìûõ ïîòåðü íà ñòûêå ñ MCP Duplex SC. Ïåðåõîäíîé øíóð MCP ìîæåò áûòü êîìáèíèðîâàííûì íà îñíîâå îäíîìîäîâîãî è ìíîãîìîäîâîãî âîëîêîí è ñîäåðæàòü ýëåìåíò ñìåùåíèÿ ìåæäó âîëîêíàìè âíóòðè ñåáÿ. Òîãäà îäíîìîäîâûì êîíöîì îí ïîäêëþ÷àåòñÿ ê ëàçåðíîìó ïåðåäàò÷èêó. ×òî æå êàñàåòñÿ ïðèåìíèêà, òî ê íåìó ìîæåò ïîäêëþ÷àòüñÿ ñòàíäàðòíûé ìíîãîìîäîâûé ñîåäèíèòåëüíûé øíóð. Èñïîëüçîâàíèå ïåðåõîäíûõ MCP øíóðîâ ïîçâîëÿåò çàâîäèòü èçëó÷åíèå â ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî ÷åðåç îáëàñòü, ñìåùåííóþ íà 10-15 ìêì îò îñè (ðèñ. 7.24 á) [35, 36]. Òàêèì îáðàçîì, ñîõðàíÿåòñÿ âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ èíòåðôåéñíûõ ïîðòîâ 1000Base-LX è ñ îäíîìîäîâûìè ÂÎÊ, ïîñêîëüêó òàì ââîä èçëó÷åíèÿ áóäåò îñóùåñòâëÿòüñÿ ñòðîãî ïî öåíòðó ñåðäöåâèíû âîëîêíà. Расщепление на неоднородностях
Диаметр области ввода излучения
Интерферируемые моды
Профиль показателя преломления
n1 Излучение лазера
а) Апертурное расхождение
Смещение
50/125 или 62,5/125
n1
б)
Излучение лазера
Ðèñ. 7.24. Ðàñïðîñòðàíåíèå êîãåðåíòíîãî èçëó÷åíèÿ â ìíîãîìîäîâîì âîëîêíå: à) ïðîÿâëåíèå ýôôåêòà äèôôåðåíöèàëüíîé ìîäîâîé çàäåðæêè (DMD) ïðè îñåâîì ââîäå èçëó÷åíèÿ; á) íåîñåâîé ââîä êîãåðåíòíîãî èçëó÷åíèÿ â ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
187
Èíòåðôåéñ 1000Base-SX. Òàê êàê èíòåðôåéñ 1000Base-SX ñòàíäàðòèçîâàí òîëüêî äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ ñ ìíîãîìîäîâûì âîëîêíîì, òî ñìåùåíèå îáëàñòè ââîäà èçëó÷åíèÿ îò öåíòðàëüíîé îñè âîëîêíà ìîæíî ðåàëèçîâàòü âíóòðè ñàìîãî óñòðîéñòâà, è òåì ñàìûì ñíÿòü íåîáõîäèìîñòü èñïîëüçîâàíèÿ ñîãëàñóþùåãî îïòè÷åñêîãî øíóðà. 1000Base-T – ýòî ñòàíäàðò Gigabit Ethernet ïåðåäà÷è ïî íåýêðàíèðîâàííîé âèòîé ïàðå êàòåãîðèè 5 è âûøå íà ðàññòîÿíèÿ äî 100 ìåòðîâ. Äëÿ ïåðåäà÷è èñïîëüçóþòñÿ âñå ÷åòûðå ïàðû ìåäíîãî êàáåëÿ, ñêîðîñòü ïåðåäà÷è ïî îäíîé ïàðå 250 Ìáèò/c. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ñòàíäàðò áóäåò îáåñïå÷èâàòü äóïëåêñíóþ ïåðåäà÷ó, ïðè÷åì äàííûå ïî êàæäîé ïàðå áóäóò ïåðåäàâàòüñÿ îäíîâðåìåííî ñðàçó â äâóõ íàïðàâëåíèÿõ – äâîéíîé äóïëåêñ (dual duplex) 1000Base-T. Òåõíè÷åñêè ðåàëèçîâàòü äóïëåêñíóþ ïåðåäà÷ó 1 Ãáèò/ñ ïî âèòîé ïàðå UTP cat.5 îêàçàëîñü äîâîëüíî ñëîæíî, çíà÷èòåëüíî ñëîæíåé, ÷åì â ñòàíäàðòå 100Base-TX. Âëèÿíèå áëèæíèõ è äàëüíèõ ïåðåõîäíûõ ïîìåõ îò òðåõ ñîñåäíèõ âèòûõ ïàð íà äàííóþ ïàðó â ÷åòûðåõïàðíîì êàáåëå òðåáóåò ðàçðàáîòêè ñïåöèàëüíîé ñêðåìáëèðîâàííîé ïîìåõîóñòîé÷èâîé ïåðåäà÷è, èíòåëëåêòóàëüíîãî óçëà ðàñïîçíàâàíèÿ è âîññòàíîâëåíèÿ ñèãíàëà íà ïðèåìå. Íåñêîëüêî ìåòîäîâ êîäèðîâàíèÿ ðàññìàòðèâàþòñÿ â êà÷åñòâå êàíäèäàòîâ íà óòâåðæäåíèå â ñòàíäàðòå 1000Base-T, ñðåäè êîòîðûõ: 5-óðîâíåâîå èìïóëüñíî-àìïëèòóäíîå êîäèðîâàíèå PAM-5; êâàäðàòóðíàÿ àìïëèòóäíàÿ ìîäóëÿöèÿ QAM-25, è äð. [37]. Íèæå ïðèâåäåíû êðàòêî èäåè PAM-5. Ïî÷åìó 5-óðîâíåâîå êîäèðîâàíèå? Ðàñïðîñòðàíåííîå 4-óðîâíåâîå êîäèðîâàíèå îáðàáàòûâàåò âõîäÿùèå áèòû ïàðàìè. Âñåãî ñóùåñòâóåò 4 ðàçëè÷íûõ êîìáèíàöèè – 00, 01, 10, 11. Ïåðåäàò÷èê ìîæåò êàæäîé ïàðå áèò óñòàíîâèòü ñâîé óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ ïåðåäàâàåìîãî ñèãíàëà, ÷òî óìåíüøàåò â 2 ðàçà ÷àñòîòó ìîäóëÿöèè 4-óðîâíåâîãî ñèãíàëà, 125 ÌÃö âìåñòî 250 ÌÃö, (ðèñ. 7.25), è, ñëåäîâàòåëüíî, ÷àñòîòó èçëó÷åíèÿ. Ïÿòûé óðîâåíü äîáàâëåí äëÿ ñîçäàíèÿ èçáûòî÷íîñòè êîäà.  ðåçóëüòàòå ÷åãî ñòàíîâèòñÿ âîçìîæíîé êîððåêöèÿ îøèáîê íà ïðèåìå. Ýòî äàåò äîïîëíèòåëüíûé ðåçåðâ 6 äÁ â ñîîòíîøåíèè ñèãíàë/øóì. Äëÿ ðàçðàáîòêè ñïåöèôèêàöèé ýòîãî ñòàíäàðòà ñîçäàíî îòäåëüíîå ïîäðàçäåëåíèå P802.3ab. Îæèäàåìûé ñðîê ïîÿâëåíèÿ ýòîãî ñòàíäàðòà – íà÷àëî 1999 ãîäà.
Таймер (250 МГц) Двухуровневый сигнал
1 0
11 10 Четырехуровневый сигнал 01 00
1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 11 10 00
10
01
Ðèñ. 7.25. Ñõåìà 4-óðîâíåâîãî êîäèðîâàíèÿ PAM-4
Óðîâåíü MAC Óðîâåíü MAC ñòàíäàðòà Gigabit Ethernet èñïîëüçóåò òîò æå ñàìûé ïðîòîêîë ïåðåäà÷è CSMA/CD, ÷òî è Ethernet è Fast Ethernet. Îñíîâíûå îãðàíè÷åíèÿ íà ìàêñèìàëüíóþ äëèíó ñåãìåíòà (èëè êîëëèçèîííîãî äîìåíà) îïðåäåëÿþòñÿ ýòèì ïðîòîêîëîì.  ñòàíäàðòå Ethernet IEEE 802.3 ïðèíÿò ìèíèìàëüíûé ðàçìåð êàäðà 64 áàéòà. Èìåííî çíà÷åíèå ìèíèìàëüíîãî ðàçìåðà êàäðà îïðåäåëÿåò ìàêñèìàëüíîå äîïóñòèìîå ðàññòîÿíèå ìåæäó ñòàíöèÿìè (äèàìåòð êîëëèçèîííîãî äîìåíà). Âðåìÿ, â òå÷åíèå êîòîðîãî ñòàíöèÿ ïåðåäàåò òàêîé êàäð – âðåìÿ êàíàëà – ðàâíî 512 BT èëè 51,2 ìêñ. Ìàêñèìàëüíàÿ äëèíà ñåòè Ethernet îïðåäåëÿåòñÿ èç óñëîâèÿ ðàçðåøåíèÿ êîëëèçèé, à èìåííî âðåìÿ RTD, çà êîòîðîå ñèãíàë äîõîäèò äî óäàëåííîãî óçëà è âîçâðàùàåòñÿ îáðàòíî, íå äîëæíî ïðåâûøàòü 512 BT (áåç ó÷åòà ïðåàìáóëû). Ïðè ïåðåõîäå îò Ethernet ê Fast Ethernet ñêîðîñòü ïåðåäà÷è âîçðàñòàåò, à âðåìÿ òðàíñëÿöèè êàäðà äëèíîé 64 áàéòà ñîîòâåòñòâåííî ñîêðàùàåòñÿ – îíî ðàâíî 512 BT èëè 5,12 ìêñ (â Fast Ethernet 1 BT = 0,01 ìêñ). Äëÿ òîãî, ÷òîáû ìîæíî áûëî îáíàðóæèâàòü âñå êîëëèçèè äî êîíöà ïåðåäà÷è êàäðà, íåîáõîäèìî óäîâëåòâîðèòü îäíîìó èç óñëîâèé: 1.
ñîõðàíèòü ïðåæíþþ ìàêñèìàëüíóþ äëèíó ñåãìåíòà, íî óâåëè÷èòü âðåìÿ êàíàëà (è, ñëåäîâàòåëüíî, óâåëè÷èòü ìèíèìàëüíóþ äëèíó êàäðà);
2.
ñîõðàíèòü âðåìÿ êàíàëà (ïðåæíèé ðàçìåð êàäðà), íî óìåíüøèòü ìàêñèìàëüíóþ äëèíó ñåãìåíòà.
 Fast Ethernet áûë îñòàâëåí òàêîé æå ìèíèìàëüíûé ðàçìåð êàäðà, êàê â Ethernet. Ýòî ñîõðàíèëî ñîâìåñòèìîñòü, íî ïðèâåëî ê çíà÷èòåëüíîìó óìåíüøåíèþ äèàìåòðà êîëëèçèîííîãî äîìåíà. 188
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
 ñèëó ïðååìñòâåííîñòè ñòàíäàðò Gigabit Ethernet äîëæåí ïîääåðæèâàòü òå æå ìèíèìàëüíûé è ìàêñèìàëüíûé ðàçìåðû êàäðà, êîòîðûå ïðèíÿòû â Ethernet è Fast Ethernet. Íî ïîñêîëüêó ñêîðîñòü ïåðåäà÷è âîçðàñòàåò, òî ñîîòâåòñòâåííî, óìåíüøàåòñÿ è âðåìÿ ïåðåäà÷è ïàêåòà àíàëîãè÷íîé äëèíû. Ïðè ñîõðàíåíèè ïðåæíåé ìèíèìàëüíîé äëèíû êàäðà ýòî ïðèâåëî áû ê óìåíüøåíèþ äèàìåòðà ñåòè, êîòîðûé íå ïðåâûøàë áû 20 ì, ÷òî ìîãëî áûòü ìàëî ïîëåçíûì. Ïîýòîìó ïðè ðàçðàáîòêå ñòàíäàðòà Gigabit Ethernet áûëî ïðèíÿòî ðåøåíèå óâåëè÷èòü âðåìÿ êàíàëà.  Gigabit Ethernet îíî ñîñòàâëÿåò 512 BT è â 8 ðàç ïðåâîñõîäèò âðåìÿ êàíàëà Ethernet è Fast Ethernet. Íî, ÷òîáû ïîääåðæàòü ñîâìåñòèìîñòü ñî ñòàíäàðòàìè Ethernet è Fast Ethernet, ìèíèìàëüíûé ðàçìåð êàäðà íå áûë óâåëè÷åí, à áûëî äîáàâëåíî ê êàäðó äîïîëíèòåëüíîå ïîëå, ïîëó÷èâøåå íàçâàíèå "ðàñøèðåíèå íîñèòåëÿ" (carrier extension). Ðàñøèðåíèå íîñèòåëÿ Ñèìâîëû â äîïîëíèòåëüíîì ïîëå îáû÷íî íå íåñóò ñëóæåáíîé èíôîðìàöèè, íî îíè çàïîëíÿþò êàíàë è óâåëè÷èâàþò "êîëëèçèîííîå îêíî".  ðåçóëüòàòå êîëëèçèÿ áóäåò ðåãèñòðèðîâàòüñÿ âñåìè ñòàíöèÿìè ïðè áîëüøåì äèàìåòðå êîëëèçèîííîãî äîìåíà. Åñëè ñòàíöèÿ æåëàåò ïåðåäàòü êîðîòêèé (ìåíüøå 512 áàéò) êàäð, òî ïðè ïåðåäà÷å äîáàâëÿåòñÿ ýòî ïîëå – ðàñøèðåíèå íîñèòåëÿ, äîïîëíÿþùåå êàäð äî 512 áàéò. Ïîëå êîíòðîëüíîé ñóììû âû÷èñëÿåòñÿ òîëüêî äëÿ îðèãèíàëüíîãî êàäðà è íå ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ íà ïîëå ðàñøèðåíèÿ. Ïðè ïðèåìå êàäðà ïîëå ðàñøèðåíèÿ îòáðàñûâàåòñÿ. Ïîýòîìó óðîâåíü LLC äàæå è íå çíàåò î íàëè÷èè ïîëÿ ðàñøèðåíèÿ. Åñëè ðàçìåð êàäðà ðàâåí èëè ïðåâîñõîäèò 512 áàéò, òî ïîëå ðàñøèðåíèÿ íîñèòåëÿ îòñóòñòâóåò. Íà ðèñ. 7.26 ïîêàçàí ôîðìàò êàäðà Gigabit Ethernet ïðè èñïîëüçîâàíèè ðàñøèðåíèÿ íîñèòåëÿ.
Преамбула SFD
DA
SA
L или T
7 + 1 байт
6 байт
6 байт
2
Данные 46 - 1500 байт
FCS
Расширение носителя
4 байта
64 байта (min) -1518 байт (max) 512 байт (min) - 1518 байт (max) Расширенный кадр Gigabit Ethernet: скорость передачи 1 бит/нс
SDF: Start of frame Delimiter - ограничитель начала кадра DA:
Destination Address - адрес назначения
SA:
Source Address - адрес источника
L:
длина поля данных (для кадра 802.3 )
T:
тип поля данных (для кадра Ethernet_II)
FCS: Frame Check Sequence - контрольная последовательность кадра
Ðèñ. 7.26. Êàäð Gigabit Ethernet ñ ïîëåì ðàñøèðåíèÿ íîñèòåëÿ
Ïàêåòíàÿ ïåðåãðóæåííîñòü Ðàñøèðåíèå íîñèòåëÿ – ýòî íàèáîëåå åñòåñòâåííîå ðåøåíèå, êîòîðîå ïîçâîëèëî ñîõðàíèòü ñîâìåñòèìîñòü ñî ñòàíäàðòîì Fast Ethernet è òàêîé æå äèàìåòð êîëëèçèîííîãî äîìåíà. Íî îíî ïðèâåëî ê èçëèøíåé òðàòå ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ. Äî 448 áàéò (512-64) ìîæåò ðàñõîäîâàòüñÿ âõîëîñòóþ ïðè ïåðåäà÷å êîðîòêîãî êàäðà. Íà ñòàäèè ðàçðàáîòêè ñòàíäàðòà Gigabit Ethernet êîìïàíèåé NBase Communications áûëî âíåñåíî ïðåäëîæåíèå ïî ìîäåðíèçàöèè ñòàíäàðòà. Ýòà ìîäåðíèçàöèÿ, ïîëó÷èâøàÿ íàçâàíèå ïàêåòíàÿ ïåðåãðóæåííîñòü (packet bursting), ïîçâîëÿåò ýôôåêòèâíåé èñïîëüçîâàòü ïîëå ðàñøèðåíèÿ. Åñëè ó ñòàíöèè/êîììóòàòîðà èìååòñÿ íåñêîëüêî íåáîëüøèõ êàäðîâ äëÿ îòïðàâêè, òî ïåðâûé êàäð äîïîëíÿåòñÿ ïîëåì ðàñøèðåíèÿ íîñèòåëÿ äî 512 áàéò, è îòïðàâëÿåòñÿ. Îñòàëüíûå êàäðû îòïðàâëÿþòñÿ âñëåä ñ ìèíèìàëüíûì ìåæêàäðîâûì èíòåðâàëîì â 96 áèò, ñ îäíèì âàæíûì èñêëþ÷åíèåì – ìåæêàäðîâûé
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
189
èíòåðâàë çàïîëíÿåòñÿ ñèìâîëàìè ðàñøèðåíèÿ (ðèñ. 7.27 à). Òàêèì îáðàçîì, ñðåäà íå çàìîëêàåò ìåæäó ïîñûëêàìè êîðîòêèõ îðèãèíàëüíûõ êàäðîâ, è íè êàêîå äðóãîå óñòðîéñòâî ñåòè íå ìîæåò âêëèíèòüñÿ â ïåðåäà÷ó. Ïîäîáíîå ïðèñòðàèâàíèå êàäðîâ ìîæåò ïðîèñõîäèòü äî òåõ ïîð, ïîêà ïîëíîå ÷èñëî ïåðåäàííûõ áàéò íå ïðåâûñèò 1518. Ïàêåòíàÿ ïåðåãðóæåííîñòü óìåíüøàòü âåðîÿòíîñòü îáðàçîâàíèÿ êîëëèçèé, ïîñêîëüêó ïåðåãðóæåííûé êàäð ìîæåò èñïûòàòü êîëëèçèþ òîëüêî íà ýòàïå ïåðåäà÷è ïåðâîãî ñâîåãî îðèãèíàëüíîãî êàäðà, âêëþ÷àÿ ðàñøèðåíèå íîñèòåëÿ, ÷òî áåçóñëîâíî óâåëè÷èâàåò ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñåòè, îñîáåííî ïðè áîëüøèõ íàãðóçêàõ (ðèñ. 7.27 á).
Производительность, (%)
100
Fast Ethernet 80
Gigabit Ethernet с расширением носителя и с перегруженностью пакетов
60 40
Gigabit Ethernet только с расширением носителя
20
0
Оригинальный кадр
200
400
600
800
1000 1200 1400
Длина кадра, (байт)
Символы расширения носителя Промежуток между кадрами, заполненный символами расширения носителя
Ðèñ. 7.27. Ïàêåòíàÿ ïåðåãðóæåííîñòü: à) ïåðåäà÷à êàäðîâ; á) èçìåíåíèå ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ
Òèïû óñòðîéñòâ  íàñòîÿùåå âðåìÿ ïîñòàâëÿåòñÿ ïîëíûé ïåðå÷åíü ñåòåâûõ ïðîäóêòîâ Gigabit Ethernet: ñåòåâûå êàðòû, ïîâòîðèòåëè, êîììóòàòîðû, à òàêæå ìàðøðóòèçàòîðû. Ïðåäïî÷òåíèå îòäàåòñÿ óñòðîéñòâàì ñ îïòè÷åñêèì èíòåðôåéñàìè (1000Base-FL, 1000Base-SX) Duplex SC. Ïîÿâëåíèå óñòðîéñòâ ñ èíòåðôåéñîì 1000Base-T íà UTP cat.5 ñ ïðîòÿæåííîñòüþ ñåãìåíòîâ äî 100 ì îæèäàåòñÿ â íà÷àëå 1999 ãîäà. Ñåòåâàÿ êàðòà Gigabit Ethernet. Âûïóñêàþò ñåòåâûå êàðòû íà øèíû PCI, SBus è äð. Íèæå ïðèâåäåíû îñíîâíûå òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ñåòåâîé êàðòû G-NIC, âûïóñêàåìîé ôèðìîé Packet Engines [38]: 1.
64/32-ðàçðÿäíûé PCI-ìàñòåð àäàïòåð îáåñïå÷èâàåò íà ÷àñòîòå 33 ÌÃö ïðîïóñêíóþ ñïîñîáíîñòü 2 Ãáèò/ñ.
2.
Äâà íåçàâèñèìûõ ïðîöåññîðà, îòâåòñòâåííûõ çà ïðèåì è ïåðåäà÷ó ïàêåòîâ, ñóùåñòâåííî ðàçãðóæàþò öåíòðàëüíûé ïðîöåññîð ðàáî÷åé ñòàíöèè.
3.
Ïîääåðæêà ñòàíäàðòîâ IEEE 802.3x äóïëåêñíîé ïåðåäà÷è è IEEE 802.3z îáåñïå÷èâàåò ìàêñèìàëüíóþ ñîâìåñòèìîñòü ñ äðóãèìè óñòðîéñòâàìè. Ïîñòàâëÿþòñÿ äðàéâåðû äëÿ îïåðàöèîííûõ ñèñòåì: Windows 95 (NDIS3); Windows NT (NDIS4, NDIS5, Intel è DEC Alpha ïðîöåññîðû); Novell NetWare (ODI 3.12 èëè âûøå); Solaris (2.5x, PCI è SBus); DEC UNIX (4.3 BSD); SGI IRIX (5.3 è 6.2); HP-UX (10.20); Linux; FreeBSD. Áóôåðíûé ïîâòîðèòåëü. Óñòðîéñòâà Ethernet ïîääåðæèâàþò äóïëåêñíûé ðåæèì êàê íà ôèçè÷åñêîì óðîâíå, òàê è íà óðîâíå MAC. Òðàäèöèîííûå ïîâòîðèòåëè ñ ïîðòàìè RJ-45 (10Base-T, 100Base-TX), õîòÿ è èìåþò äóïëåêñíóþ ñâÿçü íà ôèçè÷åñêîì óðîâíå, èç-çà ëîãè÷åñêîé òîïîëîãèè øèíû âíóòðè ñåáÿ ìîãóò ïîääåðæèâàòü òîëüêî ïîëóäóïëåêñíûé ðåæèì, è ïîýòîìó ñîçäàåòñÿ êîëëèçèîííûé äîìåí îãðàíè÷åííîãî äèàìåòðà. Õîòÿ â ñòàíäàðòå Gigabit Ethernet äîïóñêàåòñÿ èñïîëüçîâàíèå òðàäèöèîííûõ ïîâòîðèòåëåé, ïðåäñòàâëÿåòñÿ áîëåå ýôôåêòèâíûì ïðèìåíåíèå íîâîãî óñòðîéñòâà – áóôåðíîãî ïîâòîðèòåëÿ. Ïðîòîêîë CSMA/CD ðåàëèçóåò ìåòîä äîñòóïà ê ñåòè, íî íå ê ñåãìåíòó. Áóôåðíûé ïîâòîðèòåëü – ýòî ìíîãîïîðòîâîå óñòðîéñòâî ñ äóïëåêñíûìè êàíàëàìè ñâÿçè (ðèñ. 7.28). Êàæäûé åãî ïîðò èìååò âõîäíîé è
190
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
âûõîäíîé áóôåðû. Óäàëåííîå óñòðîéñòâî, ïîäêëþ÷åííîå ê ïîâòîðèòåëþ, òàêæå äîëæíî ïîääåðæèâàòü äóïëåêñíóþ ñâÿçü íà ôèçè÷åñêîì è MAC óðîâíÿõ. Î÷åðåäíîé êàäð, ïðèáûâàÿ íà âõîäíîé ïîðò, ðàçìåùàåòñÿ â î÷åðåäè âõîäíîãî áóôåðà ïîðòà è äàëåå ïåðåñûëàåòñÿ â âûõîäíûå áóôåðû îñòàëüíûõ ïîðòîâ (çà èñêëþ÷åíèåì âûõîäíîãî áóôåðà ýòîãî ïîðòà). Âíóòðè ïîâòîðèòåëÿ îòðàáàòûâàåòñÿ ïðîòîêîë CSMA/CD, íà îñíîâå êîòîðîãî êàäðû èç âõîäíûõ áóôåðîâ ïåðåõîäÿò â âûõîäíûå áóôåðû äðóãèõ ïîðòîâ. Ïîñêîëüêó â ñåãìåíòàõ íåò êîëëèçèé, îãðàíè÷åíèÿ íà èõ äëèíó ìîãóò âîçíèêàòü òîëüêî èç-çà ôèçè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê êàáåëüíîé ñèñòåìû.  ýòîé ñâÿçè ÂÎÊ ïðåäñòàâëÿåòñÿ áîëåå ïåðñïåêòèâíûì, ÷åì âèòàÿ ïàðà, îãðàíè÷åííàÿ äëèíîé 100 ì.
RX
Дуплексный канал
RX
Контроль потока
TX
Ядро повторителя протокол CSMA/CD
Контроль потока
Физический уровень
TX
Физический уровень
Входной буфер (FIFO)
Выходной буфер (FIFO) Порт удаленного узла
Порт буферного повторителя RX Приемник TX Передатчик
Ðèñ. 7.28. Àðõèòåêòóðà áóôåðíîãî ïîâòîðèòåëÿ Gigabit Ethernet
Óäàëåííûé óçåë, ïåðåäàâàÿ ñåðèþ êàäðîâ, ñïîñîáåí ïåðåïîëíèòü âõîäíîé áóôåð ïîðòà ïîâòîðèòåëÿ, ÷òî ìîæåò ïðèâåñòè ê ïîòåðå êàäðîâ. Âî èçáåæàíèè ýòîãî ñòàíäàðòèçîâàí îñíîâàííûé íà êàäðàõ êîíòðîëü ïîòîêà, èçâåñòíûé êàê 802.3x. Ïðîòîêîë ðàáîòàåò íà óðîâíå MAC è ïðåäíàçíà÷åí äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â äóïëåêñíûõ ëèíèÿõ. Áóôåðíûé ïîâòîðèòåëü îáåñïå÷èâàåò äóïëåêñíóþ ñâÿçü êàê è êîììóòàòîð, íî îí íå òàêîé äîðîãîé, ïîñêîëüêó ÿâëÿåòñÿ ïðîñòî ðàñøèðåíèåì òðàäèöèîííîãî ïîâòîðèòåëÿ. Êîììóòàòîðû. Ïåðå÷èñëèì íàèáîëåå âàæíûå ÷åðòû êîììóòàòîðîâ Gigabit Ethernet: •
ïîääåðæêà äóïëåêñíîãî ðåæèìà ïî âñåì ïîðòàì;
•
ïîääåðæêà êîíòðîëÿ ïîòîêà, îñíîâàííîãî íà êàäðàõ IEEE 802.3x;
•
íàëè÷èå ïîðòîâ èëè ìîäóëåé äëÿ îðãàíèçàöèè êàíàëîâ Ethernet, Fast Ethernet;
•
ïîääåðæêà ôèçè÷åñêîãî èíòåðôåéñà íà îäíîìîäîâîì ÂÎÊ;
•
âîçìîæíîñòü êîììóòàöèè óðîâíÿ 3;
•
ïîääåðæêà ìåõàíèçìà QoS è ïðîòîêîëà RSVP;
•
ïîääåðæêà ñòàíäàðòà IEEE 802.1q äëÿ îðãàíèçàöèè âèðòóàëüíûõ ñåòåé.
Ïðîèçâîäèòåëè îáîðóäîâàíèÿ Gigabit Ethernet. Êðóïíåéøèìè ïðîèçâîäèòåëÿìè îáîðóäîâàíèÿ Gigabit Ethernet ÿâëÿþòñÿ êîìïàíèè: 3Com, Acacia Networks, Alteon Networks, ANCOR, Cabletron, Cisco Systems, Essential Communications, Foundry Networks, GigaLabs, Hewlett Packard, NBase Communications, Packet Engines, Rapid City Communications, XLNT Corp. [39].
7.8. Ìèãðàöèÿ Ethernet ê ìàãèñòðàëüíûì ñåòÿì Îñíîâíûå ñöåíàðèè íàðàùèâàíèå ñåòåé äî Gigabit Ethernet. Íèæå ðàññìîòðåíû òðè îñíîâíûõ ñöåíàðèÿ: ïîäêëþ÷åíèå ñåðâåðîâ ïî êàíàëàì Gigabit Ethernet, çàìåíà êàíàëà ñâÿçè Fast Ethernet ìåæäó êîììóòàòîðàìè íà êàíàë Gigabit Ethernet, çàìåíà ìàãèñòðàëüíîé êîììóòàöèè Fast Ethernet íà Gigabit Ethernet. Ïîäêëþ÷åíèå ñåðâåðîâ ïî êàíàëàì Gigabit Ethernet. Çàìåíÿåòñÿ ñåòåâàÿ êàðòà â ôàéëñåðâåðå, à â êîììóòàòîð óñòàíàâëèâàåòñÿ Gigabit Ethernet ìîäóëü (ðèñ. 7.29). Ïðè ýòîì äóïÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
191
ëåêñíûé êàíàë ìîæåò îáåñïå÷èòü ðàññòîÿíèå ïî ìíîãîìîäîâîìó âîëîêíó äî 550 ì, ïî îäíîìîäîâîìó âîëîêíó – è äî íåñêîëüêèõ äåñÿòêîâ êì, è â ïåðñïåêòèâå ïî âèòîé ïàðå UTP Cat.5 – äî 100 ì (òàáë. 7.10). Ôóíêöèÿ êîíòðîëÿ ïîòîêà 802.3x ïðè íåîáõîäèìîñòè ïðåäîòâðàòèò ïåðåïîëíåíèå áóôåðîâ êîììóòàòîðà ñî ñòîðîíû ïîòîêîâ îò ôàéë-ñåðâåðà.
Дуплексные сегменты Fast Ethernet 100 Мбит/с Switch
100 Мбит/с
Switch
Switch
Switch
10 Мбит/с
10 Мбит/с
10 Мбит/с
Rptr
100 Мбит/с
Подключение пользователей
До наращивания
Дуплексные сегменты Gigabit Ethernet 1000 Мбит/с Switch
100 Мбит/с
Switch
10 Мбит/с
Switch
10 Мбит/с
Switch
10 Мбит/с
Rptr
100 Мбит/с
Подключение пользователей
После наращивания
Ðèñ. 7.29. Ïîäêëþ÷åíèå ñåðâåðîâ ïî êàíàëàì Gigabit Ethernet
Çàìåíà êàíàëà ñâÿçè Fast Ethernet ìåæäó êîììóòàòîðàìè íà êàíàë Gigabit Ethernet. Óâåëè÷åíèå ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòè è óñòðàíåíèå óçêîãî ìåñòà ìîæåò áûòü âûïîëíåíî ïóòåì óñòàíîâêè â êîììóòàòîðû ïî îäíîìó ìîäóëþ Gigabit Ethernet (ðèñ. 7.30). Ïîääåðæêà êîììóòàòîðàìè ïðîòîêîëà 802.1Q, à òàêæå âîçìîæíîñòè êîììóòàöèè òðåòüåãî óðîâíÿ ïîçâîëÿò ñîçäàâàòü ðàñïðåäåëåííûå âèðòóàëüíûå ñåòè. Çàìåíà ìàãèñòðàëüíîé êîììóòàöèè Fast Ethernet íà Gigabit Ethernet. Íàèëó÷øèì îáðàçîì äëÿ îáåñïå÷åíèÿ íàðàùèâàåìîñòè ñåòè íà öåíòðàëüíîì óçëå ïîäõîäèò ìîäóëüíûé êîììóòàòîð, äîïóñêàþùèé óñòàíîâêó êàê ìîäóëåé ñ N ïîðòàìè 10/100 Ìáèò/ñ (N=8-16), òàê è ìîäóëåé ñ M ïîðòàìè 1000 Ìáèò/ñ (M = 4-8).  êîììóòàòîðàõ äëÿ ðàáî÷èõ ñòàíöèé ñëåäóåò ïðåäóñìîòðåòü ñëîò äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ (ïðè íàðàùèâàíèè) Gigabit Ethernet up-link ìîäóëÿ. Òàêèì îáðàçîì, íà ïåðâîì ýòàïå ìîæíî ñòðîèòü ñåòü ñ êîììóòàöèåé Fast Ethernet, à ïîçæå ïðîèçâåñòè åå íàðàùèâàíèå ïóòåì óñòàíîâêè ñîîòâåòñòâóþùèõ êîììóòàöèîííûõ ìîäóëåé Gigabit Ethernet â ìàãèñòðàëüíûé êîììóòàòîð è êîììóòàòîðû ðàáî÷èõ ãðóïï (ðèñ. 7.31).  çàêëþ÷åíèè êðàòêî ðàññìîòðèì íåêîòîðûå äîïîëíèòåëüíûå àñïåêòû ïîñòðîåíèÿ ìàãèñòðàëüíûõ ñåòåé: êîììóòàöèþ, îñíîâàííóþ íà êàäðàõ (IEEE 802.3x); âèðòóàëüíûå ñåòè; òåã-êîììóòàöèþ (IEEE 802.1Q); ïðîòîêîë RSVP è äð.
192
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
100 Мбит/с
Дуплексный сегмент Fast Ethernet Switch
Switch
100 Мбит/с
Switch
100 Мбит/с
Rptr
Switch
10 Мбит/с
Switch
10 Мбит/с 100 Мбит/с Подключение пользователей
Switch
10 Мбит/с
До наращивания
100 Мбит/с
Switch
10 Мбит/с
Switch
Модули Gigabit Ethernet
100 Мбит/с
100 Мбит/с
Rptr
Switch
Rptr
10 Мбит/с 100 Мбит/с Подключение пользователей
Дуплексный сегмент Gigabit Ethernet Switch
100 Мбит/с
100 Мбит/с
Switch
10 Мбит/с 100 Мбит/с Подключение пользователей
Switch
10 Мбит/с
После наращивания
Rptr
10 Мбит/с 100 Мбит/с Подключение пользователей
Ðèñ. 7.30. Çàìåíà êàíàëà Fast Ethernet ñâÿçè ìåæäó êîììóòàòîðàìè íà êàíàë Gigabit Ethernet
Switch
Сегменты Fast Ethernet 100 Мбит/с
Switch
10 Мбит/с
Switch
Switch
10 Мбит/с
10 Мбит/с
Rptr
100 Мбит/с
Подключение пользователей
До наращивания
Switch
Сегменты Gigabit Ethernet 1000 Мбит/с (дуплекс)
Сегмент Fast Ethernet 100 Мбит/с (полудуплекс)
Switch
Switch
Switch
10 Мбит/с
10 Мбит/с
10 Мбит/с
Rptr
100 Мбит/с
Подключение пользователей
После наращивания
Ðèñ. 7.31. Çàìåíà ìàãèñòðàëüíîé êîììóòàöèè Fast Ethernet íà Gigabit Ethernet
Ýâîëþöèÿ ìåòîäîâ êîíòðîëÿ ïîòîêà. Íà ðèñ. 7.32 à ïîêàçàíà ïðîñòåéøàÿ ñåòü ñ ïîâòîðèòåëåì Ethernet. Ïîñêîëüêó òàêàÿ ñåòü (âîçìîæíî, ñ íåñêîëüêèìè ïîâòîðèòåëÿìè) ïðåäñòàâëÿåò îäèí êîëëèçèîííûé äîìåí, òî åé ïðèñóùè ñëåäóþùèå äâà âûòåêàþùèõ èç ýòîãî ñâîéñòâà: âî-ïåðâûõ, äèàìåòð ñåòè äîëæåí áûòü îãðàíè÷åí íà îñíîâàíèè ðàñ÷åòà âðåìåíè
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
193
RTD, âî-âòîðûõ, ÷èñëî ðàáî÷èõ ñòàíöèé, âåäóùèõ îäíîâðåìåííóþ ïåðåäà÷ó íå äîëæíî ïðåâûøàòü 15-25, à ñîîòâåòñòâåííî ïîëíîå ÷èñëî ïîëüçîâàòåëåé â çàâèñèìîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ðåñóðñîâ ñåòè íå äîëæíî ïðåâûøàòü 50-100 íà êîëëèçèîííûé äîìåí. Ïðè òàêèõ óñëîâèÿ â ñåòè Ethernet íå áóäåò ïðîèñõîäèòü ïîòåðü êàäðîâ íà óðîâíå MAC, à ñàìà ñåòü áóäåò ðàáîòàòü âïîëíå ñòàáèëüíî. Äàííîå ðåøåíèå íå ñïîñîáíî óñòðîèòü êðóïíûå îðãàíèçàöèè, òåì áîëåå ìàãèñòðàëüíûå ñåòè.
10 Мбит/с Rptr
1
Switch
4 2
3
1
10 Мбит/с
а)
100 Мбит/с (дуплекс)
100 Мбит/с
2
3
10 Мбит/с
б)
Switch
4 1
2
10 Мбит/с в) (дуплекс)
4 3
100 Мбит/с (дуплекс)
Ðèñ. 7.32. Ñõåìà ïîäêëþ÷åíèÿ ðàáî÷åé ãðóïïû: à) ÷åðåç ïîâòîðèòåëü; á) ÷åðåç êîììóòàòîð ñ ïîëóäóïëåêñíûìè ñîåäèíåíèÿìè (òðåáóåòñÿ ìåõàíèçì îáðàòíîãî äàâëåíèÿ); â) ÷åðåç êîììóòàòîð ñ äóïëåêñíûìè ñîåäèíåíèÿìè (òðåáóåòñÿ ìåõàíèçì 802.3x)
Äàëüíåéøåå íàðàùèâàíèå ñåòè âîçìîæíî òîëüêî ñ èñïîëüçîâàíèåì êîììóòàòîðîâ (ðèñ. 7.32 á). Êîììóòàòîð îáåñïå÷èâàåò ìèêðîñåãìåíòàöèþ ñåòè, óëó÷øàÿ åå ðàáîòó êàê ïðè èñïîëüçîâàíèè îäíîðàíãîâûõ ïðèëîæåíèé, òàê è ïðè èñïîëüçîâàíèè ïðèëîæåíèé êëèåíòñåðâåð; ïðè ýòîì ñêîðîñòíîé êàíàë Fast Ethernet ñ ñåðâåðîì èìååò ïðåèìóùåñòâà ïåðåä Ethernet, òàê êàê â ïðèëîæåíèÿõ êëèåíò-ñåðâåð êàíàë ñâÿçè ñ ñåðâåðîì, åñëè îí áûë áû íèçêîñêîðîñòíîé, ìîã îêàçàòüñÿ "áóòûëî÷íûì ãîðëûøêîì" ñåòè. Îäíàêî êîììóòàòîð ìîæåò ïðèâîäèòü ê ïîòåðè êàäðîâ â ñëó÷àå ïåðåïîëíåíèÿ ñâîèõ áóôåðîâ. Ïîòåðè êàäðîâ â íåáîëüøèõ ñåòÿõ íå îïàñíû (áëàãîäàðÿ ïðîêîëàì óðîâíÿ ñåññèé ïîâòîðíàÿ îòïðàâêà êàäðà ïðîèçîéäåò â êîðîòêèå ñðîêè) è ìàëîâåðîÿòíû, ïîñêîëüêó êîíòðîëü ïîòîêà íà îñíîâå ïðîòîêîëîâ áîëåå âûñîêîãî óðîâíÿ ïîçâîëÿåò îïòèìèçèðîâàòü ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äî òîãî, êàê íà÷íóò ïåðåïîëíÿòüñÿ áóôåðû êîììóòàòîðà. Ýòî òðåáóåò äîñòàòî÷íîé áóôåðíîé åìêîñòè.  êðóïíûõ ñåòÿõ ñ áîëüøèì ÷èñëîì ïîëüçîâàòåëåé è áîëüøèå áóôåðû ìîãóò íå ñïàñòè. Ïîòåðè êàäðîâ â ïðîòÿæåííûõ è êðóïíûõ ñåòÿõ íå æåëàòåëüíû, ïîñêîëüêó íà ïîâòîðíóþ îòïðàâêó êàäðà óõîäèò çíà÷èòåëüíî áîëüøå âðåìåíè, ÷òî ïðèâîäèò ê çàìåäëåíèþ ðàáîòû ñåòè. Áåçóñëîâíî, ëó÷øèì ðåøåíèåì áûë áû êîíòðîëü ïîòîêà íà êàíàëüíîì óðîâíå, â ïðåäåëàõ ñòàíäàðòà Ethernet, êàê ýòî ðåàëèçîâàíî â ñåòè ñ îäíèì êîëëèçèîííûì äîìåíîì. Êîíòðîëü ïîòîêà áûë áû åùå áîëåå ýôôåêòèâíûì, åñëè áû îí îñóùåñòâëÿëñÿ ìåæäó ñîñåäíèìè óñòðîéñòâàìè (îñîáåííî â êðóïíûõ êîðïîðàòèâíûõ ñåòÿõ). Èìåííî äëÿ ýòîé öåëè è áûë ðàçðàáîòàí ìåõàíèçì îáðàòíîãî äàâëåíèÿ (ñì. ï. 7.2). Íî îí òðåáóåò ïîëóäóïëåêñíîãî ðåæèìà ïåðåäà÷è â ñåãìåíòàõ ñâîèõ ïîðòîâ, ïîñêîëüêó èñïîëüçóåò ñâîéñòâà ïðîòîêîëà CSMA/CD, è íå ñïîñîáåí ðàáîòàòü íà äóïëåêñíûõ ëèíèÿõ ñâÿçè.  òî æå âðåìÿ òîëüêî äóïëåêñíûé Ethernet ïîçâîëÿåò óâåëè÷èòü ïðîïóñêíóþ ñïîñîáíîñòü è îáåñïå÷èòü ïðîòÿæåííûå ñåãìåíòû íà îñíîâå îïòè÷åñêîãî âîëîêíà (ðèñ. 7.32 â). Èìåííî äëÿ äóïëåêñíûõ êàíàëîâ "òî÷êà-òî÷êà" áûë ðàçðàáîòàí îñíîâàííûé íà êàäðàõ êîíòðîëü ïîòîêà (ñòàíäàðò IEEE 802.3x) – ïðîòîêîë, ðàáîòàþùèé íà óðîâíå MAC.  ñòàíäàðòå Gigabit Ethernet îí ñòàíîâèòñÿ íåîòúåìëåìîé ÷åðòîé âûïóñêàåìûõ êîììóòàòîðîâ, áóôåðíûõ ïîâòîðèòåëåé è ñåòåâûõ êàðò. Ïîääåðæêà ñòàíäàðòà 802.3x ñòàíîâèòñÿ êðàéíå æåëàòåëüíîé ïðè ðàçðàáîòêå íîâûõ ìàãèñòðàëüíûõ êîììóòàòîðîâ ñ ïîðòàìè Fast Ethernet è Ethernet. Ïîäêëþ÷åíèå ðàáî÷èõ ñòàíöèé ê âûäåëåííûì ïîðòàì êîììóòàòîðà ïî äóïëåêñíûì êàíàëàì, à íå ÷åðåç ïîâòîðèòåëü, áîëåå ýôôåêòèâíî äëÿ îðãàíèçàöèè âèäåîêîíôåðåíöèé, êîìïüþòåðíîé òåëåôîíèè è ìóëüòèìåäèà ïðèëîæåíèé. Âèðòóàëüíûå ñåòè. Âèðòóàëüíîé ñåòüþ VLAN (virtual LAN) íàçûâàåòñÿ ëîãè÷åñêè îáúåäèíåííàÿ ãðóïïà ïîëüçîâàòåëåé ñåòè, â ïðîòèâîïîëîæíîñòü èõ ôèçè÷åñêîìó îáúåäèíåíèþ, 194
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
îñíîâàííîìó íà òåððèòîðèàëüíîì ïðèçíàêå è òîïîëîãèè ñåòè. Òåõíîëîãèè VLAN íàèáîëåå øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ â êîììóòèðóåìûõ ñåòÿõ, õîòÿ è íå èñêëþ÷àåòñÿ ïðèìåíåíèå ìàðøðóòèçàòîðîâ. Îáúåäèíåíèå ïîëüçîâàòåëåé â âèðòóàëüíûå ñåòè ìîæåò ïðîèñõîäèòü íà îñíîâå ïîðòîâ, àäðåñîâ èëè ïðîòîêîëîâ. Îñíîâàííàÿ íà ïîðòàõ âèðòóàëüíàÿ ñåòü – íàèáîëåå ïðîñòîé ñïîñîá ãðóïïèðîâàíèÿ ñåòåâûõ óñòðîéñòâ. Âñå óäàëåííûå óñòðîéñòâà, ïðèïèñàííûå ê îïðåäåëåííûì ïîðòàì êîììóòàòîðà, íåçàâèñèìî îò èõ àäðåñîâ, ïðîòîêîëîâ, ïðèëîæåíèé îáúåäèíÿþòñÿ â îäíó âèðòóàëüíóþ ñåòü. Îñíîâàííàÿ íà àäðåñàõ âèðòóàëüíàÿ ñåòü ìîæåò ïîääåðæèâàòü íåñêîëüêî âèðòóàëüíûõ ñåòåé íà îäíîì êîììóòèðóåìîì ïîðòó. Óñòðîéñòâà âûäåëÿþòñÿ â ïîäñåòè íà îñíîâå èõ àäðåñîâ (îáû÷íî MAC-àäðåñîâ). Îñíîâàííàÿ íà ïðîòîêîëàõ âèðòóàëüíàÿ ñåòü îáúåäèíÿåò â ðàçëè÷íûå ëîãè÷åñêèå ãðóïïû ñåòåâûå óñòðîéñòâà íà îñíîâå ïðîòîêîëîâ IP, IPX è ò.ä. Óñòðîéñòâà, âûïîëíÿþùèå òàêóþ ôóíêöèþ, îáû÷íî ðàáîòàþò íå íà êàíàëüíîì óðîâíå, à íà ñåòåâîì, è íàçûâàþòñÿ ìàðøðóòèçàòîðàìè. Óñòðîéñòâà, ñïîñîáíûå ðàáîòàòü ñ íåñêîëüêèìè ïðîòîêîëàìè, íàçûâàþòñÿ ìóëüòèïðîòîêîëüíûìè ìàðøðóòèçàòîðàìè. Ïîñòðîåíèå âèðòóàëüíûõ ñåòåé, îñíîâàííûõ íà ïîðòàõ, äîëãîå âðåìÿ îãðàíè÷èâàëîñü èñïîëüçîâàíèåì òîëüêî îäíîãî êîììóòàòîðà â ñåòè, à ðåøåíèÿ ñ íåñêîëüêèìè êîììóòàòîðàìè áûëè íåñòàíäàðòíûìè.  íàñòîÿùåå âðåìÿ áëèçèòñÿ ê çàâåðøåíèþ ðàçðàáîòêà ñòàíäàðòà IEEE 802.1Q, ïîçâîëÿþùåãî ñòðîèòü ðàñïðåäåëåííûå âèðòóàëüíûå ñåòè ñ íåñêîëüêèìè êîììóòàòîðàìè. Îñíîâîé áóäóùåãî ñòàíäàðòà ÿâëÿåòñÿ òåã-êîììóòàöèÿ (tag switching) [40]. Ïðè ïåðåäà÷å êàäðîâ ìåæäó êîììóòàòîðàìè (êàê äëÿ îäíîàäðåñíûõ, òàê è äëÿ øèðîêîâåùàòåëüíûõ) èñïîëüçóåòñÿ ñïåöèàëüíûé òåãîâûé ôîðìàò – äîáàâëÿþòñÿ ïîëÿ, îáùèì îáúåìîì 2 áàéòà: èäåíòèôèêàòîð âèðòóàëüíîé ñåòè (12 áèò); ïîëå ïðèîðèòåòà (3 áèòà) è ïîëå èíêàïñóëÿöèè TR (1 áèò). Ïðè ïåðåäà÷å êàäðà îò ñòàíöèè A ê ñòàíöèè B êîììóòàòîð 1 äîáàâëÿåò â óêàçàííûå ïîëÿ èíôîðìàöèþ î âèðòóàëüíîé ñåòè (ðèñ. 7.33). Íà îñíîâàíèè ýòîé èíôîðìàöèè êîììóòàòîð 2 ñíà÷àëà îïðåäåëÿåò, ÷òî êàäð ïðåäíàçíà÷åí äëÿ âèðòóàëüíîé ñåòè V1, çàòåì óñòðàíÿåò ýòó èíôîðìàöèþ – ñàìèì ñòàíöèÿì â ïðåäåëàõ âèðòóàëüíîãî äîìåíà îíà íå íóæíà – è óæå íà îñíîâàíèè MAC-òàáëèöû äëÿ âèðòóàëüíîé ñåòè V1 êîììóòèðóåò êàäð â ïîðò äëÿ ñòàíöèè B.
Коммутатор 1 V1 V2
Tag = V1
Коммутатор 2 V1 V2
A
V1
B
V1
V1
V2
V2
V2
V1
V1
V1
V2
V2
V2
Ðèñ. 7.33. Ðàçëè÷íûå òåõíîëîãèè îáúåäèíåíèÿ ïîëüçîâàòåëåé â âèðòóàëüíûå ñåòè
Ïðèíÿòèå ñòàíäàðòà IEEE 802.1Q ïîçâîëèò ðàçðàáîò÷èêàì ëîêàëüíûõ ñåòåé èñïîëüçîâàòü äîïîëíèòåëüíûå ïîëåçíûå âîçìîæíîñòè: •
MAC Address Tagging – ïðèïèñûâàåìàÿ òåã-èíôîðìàöèÿ çàâèñèò îò MAC-àäðåñà íàçíà÷åíèÿ;
•
Frame Type Tagging – ïðèïèñûâàåìàÿ èíôîðìàöèÿ çàâèñèò îò ïðîòîêîëîâ áîëåå âûñîêîãî óðîâíÿ (íàïðèìåð, îò IP èëè IPX);
•
Layer 3 Tagging – ïðèïèñûâàåìàÿ èíôîðìàöèÿ çàâèñèò îò óñòàíîâëåííûõ IP ïîäñåòåé;
•
Policy-based Tagging – ïðèïèñûâàåìàÿ èíôîðìàöèÿ ÷óâñòâèòåëüíà ê ðàçëè÷íûì ïàðàìåòðàì îêðóæàþùåé îáñòàíîâêè, íàïðèìåð, âðåìåíè ñóòîê. Ïðîòîêîë IEEE 802.1Q ïîñëå åãî ñòàíäàðòèçàöèè áóäåò èñïîëüçîâàòüñÿ â ñòàíäàðòå Gigabit Ethernet. Ìíîãèå êîìïàíèè óæå âûïóñêàþò êîììóòàòîðû Gigabit Ethernet, ïîääåðæèâàþùèå åùå íå îêîí÷àòåëüíî ñôîðìèðîâàííûå ñïåöèôèêàöèè IEEE 802.1Q. Ïðîòîêîë RSVP.  ñîâðåìåííûõ ñåòÿõ ðîëü ïðèëîæåíèé ðåàëüíîãî âðåìåíè ñóùåñòâåííî âîçðîñëà. Ëîêàëüíûå ñåòè, ïåðâîíà÷àëüíî çàäóìûâàþùèåñÿ èñêëþ÷èòåëüíî äëÿ ïåðåäà÷è äàííûõ, ñåãîäíÿ øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ïåðåäà÷è ìóëüòèìåäèà ïðèëîæåíèé. Íàáèðàþò òåìïû êîìïüþòåðíàÿ òåëåôîíèÿ è âèäåîêîíôåðåíöñâÿçü.  ñâÿçè ñ ýòèì áîëåå îñòðî âñòàåò ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
195
âîïðîñ ìèíèìèçàöèè çàäåðæåê è ðåãóëÿðèçàöèè òðàôèêà íà óçëàõ êîììóòàöèè è ìàðøðóòèçàöèè ñåòè Internet. Ïðîòîêîë RSVP (Resource ReserVation Protocol) ïðèçâàí îáåñïå÷èòü íåîáõîäèìîå êà÷åñòâî îáñëóæèâàíèÿ äëÿ ïîëíîöåííîé ýêñïëóàòàöèè òàêèõ ïðèëîæåíèé. RSVP ðàçðàáîòàí äëÿ ðàáîòû ñ ïðîòîêîëîì TCP/IP, êîòîðûé ÿâëÿåòñÿ îñíîâíûì äëÿ ñåòè Internet. Îêîíå÷íûé óçåë íà îñíîâå ïðîòîêîëà RSVP çàïðàøèâàåò ó ñåòè îïðåäåëåííîå êà÷åñòâî îáñëóæèâàíèÿ QoS (Quality of Service), íåîáõîäèìîå äëÿ äàííîãî ïðèëîæåíèÿ. Ñ öåëüþ ðåçåðâèðîâàíèÿ íåîáõîäèìûõ ðåñóðñîâ, RSVP ïåðåíîñèò çàïðîñ ïî ñåòè, îáðàùàÿñü ê êàæäîìó óçëó, ÷åðåç êîòîðûå ïðåäïîëàãàåòñÿ îñóùåñòâëÿòü ïåðåäà÷ó ïîòîêà äàííûõ. Äëÿ ðåçåðâèðîâàíèÿ íà îòäåëüíîì óçëå êîììóòàöèè/ìàðøðóòèçàöèè ñïåöèàëüíàÿ ïðîãðàììà – äåìîí RSVP – îáðàùàåòñÿ ê äâóì ìîäóëÿì ïðèíÿòèÿ ðåøåíèÿ: ê ìîäóëþ óïðàâëåíèÿ äîñòóïîì è ê àäìèíèñòðàòèâíîìó ìîäóëþ (ðèñ. 7.34 à). Ìîäóëü óïðàâëåíèÿ äîñòóïîì îïðåäåëÿåò, äîñòàòî÷íî ëè ðåñóðñîâ íà óçëå, ÷òîáû óäîâëåòâîðèòü çàïðîñ QoS. Àäìèíèñòðàòèâíûé ìîäóëü âûÿâëÿåò, èìååò ëè ïîëüçîâàòåëü àäìèíèñòðàòèâíîå ðàçðåøåíèå âûïîëíèòü ðåçåðâèðîâàíèå. Åñëè õîòÿ áû îäíà èç ïðîâåðîê íå äàåò ïîëîæèòåëüíîãî ðåçóëüòàòà, ïðîãðàììà RSVP âîçâðàùàåò íà çàïðàøèâàþùèé óäàëåííûé óçåë óâåäîìëåíèå îá îøèáêå, òåì ñàìûì îòâå÷àÿ îòêàçîì. Åñëè îáå ïðîâåðêè ïîëîæèòåëüíûå, òî äåìîí RSVP óñòàíàâëèâàåò â ñîîòâåòñòâèå ñ çàïðîñîì QoS ïàðàìåòðû â êëàññèôèêàòîðå ïàêåòîâ è ïëàíèðîâùèêå ïàêåòîâ. Êëàññèôèêàòîð ïàêåòîâ îïðåäåëÿåò êëàññ QoS äëÿ êàæäîãî ïàêåòà, à ïëàíèðîâùèê ïàêåòîâ óñòàíàâëèâàåò ïîðÿäîê äâèæåíèÿ ïàêåòîâ, ÷òîáû îáåñïå÷èòü îáåùàííóþ ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ íà óçëå. Âàæíàÿ îñîáåííîñòü RSVP – åãî ìàñøòàáèðóåìîñòü äî î÷åíü áîëüøèõ ãðóïï ñ ìíîãîàäðåñíîé äîñòàâêîé ïàêåòîâ, ïîñêîëüêó îí èñïîëüçóåò îðèåíòèðîâàííûå íà ïðèåìíûé óçåë çàïðîñû, êîòîðûå ñëèâàþòñÿ ïî ìåðå èõ ïðîõîæäåíèÿ ïî ìíîãîàäðåñíîìó äåðåâó. Çàïðîñ íà ðåçåðâèðîâàíèå êàíàëà ïîñûëàåò íå óçåë, ñîáèðàþùèéñÿ âåñòè ìíîãîàäðåñíóþ òðàíñëÿöèþ, à êàæäûé èç óçëîâ-ïîëó÷àòåëåé. Íåò íåîáõîäèìîñòè ñèãíàëó ðåçåðâèðîâàíèÿ ñëåäîâàòü ïî âñåìó äåðåâó äî ïåðåäàþùåãî óçëà, âìåñòî ýòîãî ñèãíàë èäåò òîëüêî äî áëèæàéøåãî óçëà, ñëèâàÿñü ñ ïîäîáíûìè ñèãíàëàìè îò äðóãèõ âåòâåé (ðèñ. 7.34 á). Õîòÿ ïðîòîêîë RSVP ðàçðàáîòàí äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ ïðåèìóùåñòâåííî â ìíîãîàäðåñíûõ ïðèëîæåíèÿõ, îí ìîæåò òàêæå ñëóæèòü äëÿ ïåðåäà÷è êàäðîâ, èìåþùèõ îäèí àäðåñ. RSVP òàêæå ðàçðàáîòàí ñ öåëüþ óâåëè÷åíèÿ íàäåæíîñòè ñóùåñòâóþùèõ àëãîðèòìîâ ìàðøðóòèçàöèè â ñåòè Internet. RSVP íå îñóùåñòâëÿåò ñâîþ ñîáñòâåííóþ ìàðøðóòèçàöèþ, âìåñòî ýòîãî îí èñïîëüçóåò ëåæàùèå â åãî îñíîâå ïðîòîêîëû ìàðøðóòèçàöèè, ÷òîáû îïðåäåëèòü, êàêèì îáðàçîì ñëåäóåò îáåñïå÷èâàòü ïåðåäà÷ó çàðåçåðâèðîâàííîãî ïîòîêà äàííûõ. Åñëè ìàðøðóòèçàòîðû ïåðåíàïðàâëÿþò äâèæåíèÿ ïîòîêîâ, ïîäñòðàèâàÿñü ïîä èçìåíÿþùóþñÿ òîïîëîãèþ ñåòè, RSVP ïðèâÿçûâàåò ñâîè ðåçåðâèðîâàíèÿ ê íîâûì ïóòÿì íåçàâèñèìî îò òîãî, äåéñòâóåò ëè óæå äàííîå ðåçåðâèðîâàíèå èëè íåò. Узел-отправитель
Демон RSVP
Приложение
Данные
Классификатор пакетов
Административный модуль
Модуль управления доступом
Планировщик пакетов
1
2
3
Узлы-получатели
а)
б)
Ðèñ. 7.34. à) Ñõåìà âçàèìîäåéñòâèÿ äåìîíà RSVP ñ óñòðîéñòâîì, ïîääåðæèâàþùèì QoS; á) Äâèæåíèå çàïðîñîâ ðåçåðâèðîâàíèÿ ïîëîñû â ìíîãîàäðåñíîì äåðåâå
Òåõíîëîãèè Ethernet è ATM â ìàãèñòðàëüíûõ ñåòÿõ. Îõâàòûâàÿ áîëåå âûñîêèå óðîâíè ìîäåëè OSI, ïðîòîêîëû RSVP è IEEE 802.1Q íå îòíîñÿòñÿ ê ñòàíäàðòó Ethernet, íî äåëàþò çíà-
196
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
÷èòåëüíî áîëåå ýôôåêòèâíûì åãî èñïîëüçîâàíèå, â îñîáåííîñòè èñïîëüçîâàíèå ñòàíäàðòà Gigabit Ethernet â ðàíãå ìàãèñòðàëüíûõ ñåòåé. Ãëàâíîå îòëè÷èå êîíòðîëÿ êà÷åñòâà QoS íà îñíîâå RSVP îò QoS, ðåàëèçîâàííîãî â òåõíîëîãèè ATM, çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî RSVP ðàññ÷èòàí íà ðàáîòó â äåéòàãðàììíûõ ñåòÿõ è íå òðåáóåò íàëè÷èÿ âèðòóàëüíûõ êàíàëîâ. Ïîòåíöèàëüíî ñåãîäíÿ ATM ïðåäîñòàâëÿåò áîëåå ðàçíîîáðàçíûå âîçìîæíîñòè ïî QoS ïî ñðàâíåíèþ ñ äðóãèìè ñåòåâûìè òåõíîëîãèÿìè. Îäíàêî íà ïðàêòèêå âîçìîæíîñòè ìàíèïóëÿöèè ôóíêöèåé QoS, îäíîé èç áëåñòÿùèõ ÷åðò ATM, â ðàìêàõ êîíêðåòíûõ ïðèëîæåíèé î÷åíü ñêóäíû, è íå ïðåäâèäèòñÿ ñóùåñòâåííûé ïðîãðåññ â ýòîé îáëàñòè. Î÷åð÷åíû ïðåäâàðèòåëüíûå ñïåöèôèêàöèè áóäóùåãî ñòàíäàðòà 10G Ethernet (ñêîðîñòü ïåðåäà÷è 10 Ãáèò/ñ), íà÷àëî ïîñòàâîê îáîðóäîâàíèÿ ïëàíèðóåòñÿ â 2001 ãîäó [41]. Òàêèì îáðàçîì, ñòàíäàðò Ethernet c ìàñøòàáèðóåìîé èåðàðõèåé 10/100/1000/... ñòàíîâèòñÿ ìîùíîé ñåòåâîé òåõíîëîãèåé, æåñòêî êîíêóðèðóþùåé ñ ATM êàê íà óðîâíå êîðïîðàòèâíûõ, òàê è ìàãèñòðàëüíûõ ñåòåé.
Ëèòåðàòóðà ê ãëàâå 7 1.
N. Abramson. "Development of the ALOHANET"//IEEE Transactions on Information Theory, Vol. IT-31, March, 1985
2.
Digital Equipment Corp., Intel Corp., and Xerox Corp. The Ethernet: A Local Area Network, Data Link Layer and Physical Layer Specifications, Version 1.0, Sept., 1980.; Version 2.0, Nov., 1980
3.
ISO/IEC Standard 8802-3. Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications [ISO publication of IEEE Standard 802.3], 1996
4.
B.1.5.2 Maximum Collision Fragment Size, Annex B. ISO/IEC Standard 8802-3, 1996 (E)
5.
W. Stallings. Local & Metropolitan Area Networks. Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey 07458, 1997. – 605 p.
6.
D. Boggs, J. Mogul, Ch. Kent. "Measured Capacity of an Ethernet: Myth and Reality". Digital, Western Research Laboratory, Palo Alto, 1988, pp. 1-20
7.
Media Converter and Media Conversion Kits. Allied Telesyn, 1997, http://www.alliedtelesyn.com/prod12t.htm
8.
PDF Documents: Enterprise Switches, Switches, Expansion Modules, Hub Data Sheets, GigaHUB Modules, Transceiver and Adapter Data Sheets, Miscellaneous Manuals. White Papers, NBase Advertisements. NBase Communications, 1998, http://www.nbase.com/pdf/
9.
Products and Ordering. SVEC's complete product list, 1997, http://www.svec.com.tw/Products/producte.htm
10.
Ethernet Transceiver / Repeater. SURECOM Technology, 1998, http://www.surecom-net.com/product/pro-8.htm
11.
Media Conversion Products - Go the Distance with Fiber. Transition Networks, 1998, http://www.transition.com/products/converter_index.html
12.
10& 100Mbps "twister" Media Translators in Standard Rackmount Chassis. Lancast, 1998, http://www.lancast.com/7000.html
13.
Networking Products. Adaptec, 1998, http://www.adaptec.com/support/overview/networking.html
14.
Products: Media Conversion, Media Conversion, Media Conversion Switches, Bridges/LAN Extenders, Hubs/Repeaters, Transceivers & Network Interface Cards. IMC Networks, 1998, http://www.imcnetworks.com/
15.
Welcome to Net Optics’ Global Source. NetOptics 1998, http://www.netoptics.com/
16.
F. Halsall, Data Communications, Computer Networks and Open Systems. Addison-Wesley, 1996. – 907 p.
17.
7.4 10-Mbps Configuration Guidelines: Model 1, Quick Reference Guide to Ethernet. Charles Spurgeon, 1995, http://wwwhost.ots.utexas.edu/ethernet/10quickref/ch7qr_5.html
18.
7.5 10-Mbps Configuration Guidelines: Model 2, Quick Reference Guide to Ethernet. Charles Spurgeon, 1995, http://wwwhost.ots.utexas.edu/ethernet/10quickref/ch7qr_6.html
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
197
19.
IEEE Standard 803.3u. Media Access Control (MAC) Parameters, Physical Layer, Medium Attachment Units, and Repeater for 100Mb/s Operation, Type 100Base-T, 1995
20.
Ë. Êóèí, Ð. Ðàññåë. Fast Ethernet: îïèñàíèå òåõíîëîãèè, âîïðîñû îðãàíèçàöèè è óïðàâëåíèÿ, ñåòåâûå êîìïîíåíòû. Èçäàòåëüñêàÿ ãðóïïà BHV, 1998. – 444 ñ.
21.
System consideration for multi-segment 100Base-T networks. IEEE Standard 802.3u, 1995. – pp. 281-287
22.
H. Johnson. Fast Ethernet: Dawn of a New Network. Prentice Hall PRT, 1996. – 310 p.
23.
IEEE Standard 802.3x. Specification for 802.3 Full Duplex Operation, 1997
24.
Gigabit Ethernet Alliance 1998, http://www.gigabit-ethernet.org/
25.
"Gigabit Ethernet Standard Makes Considerable Progress To Meet June Ratification Date." Gigabit Ethernet Task Force Resolves All Comments To Gigabit Ethernet Draft Standard, 1998, http://www.gigabit-ethernet.org/news/releases/031698.html
26.
Draft Standard IEEE 802.3z. Media Access Control (MAC) Parameters, Physical Layer, Repeater and Management Parameters for 1000Mb/s Operation, 1998
27.
Gigabit Ethernet over Category 5. 1997, http://www.bicsi.org/gigabit.html
28.
ANSI/TIA/EIA-568-A. "Commercial Building Telecommunications Cabling Standard", October 6, 1995
29.
H. Koeman, A. Bennett. "Relationship [Between] Near End and Far End Crosstalk in Modular RJ-45 Connectors". Contribution to TIA TR41.8.1-97-08-46, 8/1997
30.
R. Seifert. Gigabit Ethernet: Technology and Applications for High-Speed LANs. AddissonWesley, 1998. – 411 p.
31.
HP 850 nm Gb/s (Gigabit) Ethernet Fiber Optic VCSEL 1X9 Transceiver. Hewlett Packard, 1997, http://www.hp.com/HP-COMP/fiber/gigabit/prelim/hfbr5305_p.html; HP 1300 nm Gb/s (Gigabit) Ethernet Fiber Optic Laser 1X9 Transceiver, Hewlett Packard, 1997, http://www.hp.com/HP-COMP/fiber/gigabit/prelim/hfct5305_p.html
32.
Backbone/Enterprise Switching Solutions. NBase, 1998, http://www.nbase.co.il/
33.
D. Cunningham. "Modal Bandwidth Investigation: Examination of the Fundamentals of Multimode Fiber Behavior with Laser Sources". Presented to IEEE 802.3z, November 1997.
34.
H. Frazier. "Results of Field Measurements of Optical Fibers". presented to IEEE 802.3z, November 1997
35.
Differential Mode Delay – Gigabit Ethernet – Transmission Distances, 1998, http://www.computer-crafts.com/White%20Papers/differential_mode_delay_info.htm
36.
Differential Mode Delay Q&A, Gigabit Ethernet Alliance, 1998, http://www.gigabit-ethernet.org/technology/overview/dmd.html
37.
Gigabit Ethernet Over Category 5: Part I – Proposed Signaling Schemes, Part II – Channel Environment and SNR Margin. Scope Communications, 1998, http://scope.com/white15.htm; http://scope.com/white19.htm
38.
G-NIC™ Network Interface Card. Packet Engines, 1998, http://www.packetengines.com/products/gnic/default.htm
39.
Vendors of Gigabit Ethernet equipment, 1998, http://www.infotech.tu-chemnitz.de/~paetz/ge/
40.
An Introduction to VLAN Tagging, 1997, http://www.lanoptics.co.uk/tagging.htm
41.
High Performance Network Buying Decisions: A Walk-Trough the Evaluation Parameters of Gigabit Ethernet and ATM Networks. Packet Engines, 1998. –13 p.
198
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
8. Ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèå ñåòè Äëÿ ïåðåäà÷è áîëüøèõ ïîòîêîâ èíôîðìàöèè (1 Ãáèò/ñ è âûøå) ïî âîëîêíó íà ðàññòîÿíèÿ äî ñîòåí êèëîìåòðîâ è âûøå òðåáóåòñÿ ðåøåíèå ìíîæåñòâà çàäà÷. Ãëàâíûìè ïðåïÿòñòâèÿìè íà ïóòè ïîñòðîåíèÿ ïðîòÿæåííûõ ñåãìåíòîâ áåç ðåãåíåðàòîðîâ ÿâëÿþòñÿ: äèñïåðñèÿ ðàñïðîñòðàíÿåìîãî ïî âîëîêíó îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà, âëèÿíèå íåëèíåéíûõ ýôôåêòîâ â ìóëüòèïëåêñíîé îïòè÷åñêîé ëèíèè, âíîñèìûå øóìû è ïîìåõè. Ñîçäàíèå êà÷åñòâåííî íîâûõ òèïîâ îäíîìîäîâûõ âîëîêîí è áîëåå ñîâåðøåííûõ îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé â ïîñëåäíèå 5-8 ëåò, à òàêæå óëó÷øåíèå òåõíè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê êîìïîíåíòíîé áàçû â öåëîì ïîçâîëèëî óâåëè÷èòü ðàññòîÿíèå è ïðîïóñêíóþ ñïîñîáíîñòü ÂÎËÑ è ñòàëî íà÷àëîì ìàñøòàáíîãî âíåäðåíèÿ íîâûõ êîíöåïöèé è òåõíîëîãèé ïîñòðîåíèÿ âîëîêîííîîïòè÷åñêèõ ñåòåé íà ëîêàëüíîì, ðåãèîíàëüíîì è ãëîáàëüíîì óðîâíÿõ. Ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèå ñåòè AON (All-optical Networks) ïðåäñòàâëÿþò êëàññ ñåòåé, â ôóíêöèîíèðîâàíèè êîòîðûõ ãëàâíóþ ðîëü ïðè êîììóòàöèè, ìóëüòèïëåêñèðîâàíèè, ðåòðàíñëÿöèè èãðàþò íå ýëåêòðîííûå (îïòîýëåêòðîííûå), à ÷èñòî îïòè÷åñêèå òåõíîëîãèè. Ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèå ñåòè ïðåòåíäóþò íà ðîëü ãëàâåíñòâóþùåé ñåòåâîé òåõíîëîãèè, ñïîñîáíîé îáåñïå÷èâàòü ãèãàíòñêóþ ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ êàê äëÿ ñåãîäíÿøíèõ, òàê è çàâòðàøíèõ ñåòåâûõ èíôîðìàöèîííûõ ïðèëîæåíèé. Íà ïðîòÿæåíèè ïîñëåäíèõ íåñêîëüêèõ ëåò â ýòîé îáëàñòè âåäóòñÿ èíòåíñèâíûå èññëåäîâàíèÿ, ñîçäàåòñÿ áîëåå ñîâåðøåííîå îáîðóäîâàíèå (ëàçåðû ñ ïåðåñòðàèâàåìîé äëèíîé âîëíû, îïòè÷åñêèå âîëíîâûå ìóëüòèïëåêñîðû WDM, øèðîêîïîëîñíûå îïòè÷åñêèå óñèëèòåëè EDFA, îïòè÷åñêèå êîììóòàòîðû), ñòðîÿòñÿ ïðîòîòèïû àðõèòåêòóð, âûðàáàòûâàþòñÿ ñòàíäàðòû. Ñðåäè ôèðì, êîòîðûå íàèáîëåå àêòèâíî âåäóò òàêèå èññëåäîâàíèÿ, ñëåäóåò âûäåëèòü: Lucent Technologies, Alcatel, Ericsson, Fujitsu, Hewlett Packard, NEC, NTT, Nortel, Siemens [1-4].
8.1. Îñíîâíûå îïðåäåëåíèÿ è ýëåìåíòû Áîëüøèíñòâî îïòè÷åñêèõ êîììóíèêàöèîííûõ óñòðîéñòâ è ýëåìåíòîâ, ïðèìåíÿåìûõ â AON, èñïîëüçóþò öèôðîâóþ ïåðåäà÷ó ñèãíàëà ñ ìîäóëÿöèåé èíòåíñèâíîñòè, ïðè êîòîðîé áèíàðíîé 1 ñîîòâåòñòâóåò ïåðåäà÷à ñâåòà áîëüøîé èíòåíñèâíîñòè, à áèíàðíîìó 0 – ïåðåäà÷à ñâåòà íèçêîé èíòåíñèâíîñòè. Ïîñëåäíåå ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî îïòè÷åñêèå óñèëèòåëè EDFA âíîñÿò äîïîëíèòåëüíûé øóì â óñèëåíèå îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà. Íèæå ïðèâåäåíû îñíîâíûå óñòðîéñòâà è ýëåìåíòû, ïðèìåíÿåìûå â AON. Ëàçåðû è ñâåòîäèîäû.  êà÷åñòâå èñòî÷íèêîâ èçëó÷åíèÿ ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ ñâåòîäèîäû è ëàçåðû. Ñâåòîäèîäû ðàññ÷èòàíû íà áîëüøèé äèàìåòð ñåðäöåâèíû âîëîêíà (ìíîãîìîäîâûå âîëîêíà), à ëàçåðû ëó÷øå ïîäõîäÿò äëÿ ïåðåäà÷è ñèãíàëà ïî îäíîìîäîâîìó âîëîêíó. Òèïè÷íûå çíà÷åíèÿ ñïåêòðàëüíîé ïîëîñû èçëó÷åíèÿ ñîñòàâëÿþò äëÿ ñâåòîäèîäîâ îò 20 äî 100 íì, äëÿ ìíîãîìîäîâûõ ëàçåðíûõ äèîäîâ îò 1 äî 5 íì è äëÿ îäíîìîäîâûõ ëàçåðíûõ äèîäîâ ìåíåå 0,1 íì. Ïîòðåáëÿåìàÿ ìîùíîñòü äëÿ ñâåòîäèîäîâ – îêîëî 10 ìÂò, è ïîðÿäêà 1 ìÂò äëÿ ëàçåðíûõ äèîäîâ. Âûïóñêàþòñÿ êàê íåäîðîãèå êîììåð÷åñêèå pin-ôîòîäèîäû íà îñíîâå InGaAsP, ðàáîòàþùèå íà äëèíå âîëíû 1300 íì è îáåñïå÷èâàþùèå ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äî 100 Ìáèò/ñ, òàê è ñïåöèàëèçèðîâàííûå ëàçåðû ñ ðàñïðåäåëåííîé îáðàòíîé ñâÿçüþ (DFB), ïðåäíàçíà÷åííûå äëÿ ðàáîòû â îêíå 1550 íì è îáåñïå÷èâàþùèå ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äî 10 Ãáèò/ñ. Âîëîêíî. Íàèáîëüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èëè òðè òèïà îäíîìîäîâîãî âîëîêíà: îäíîìîäîâîå âîëîêíî ñî ñòóïåí÷àòûì ïðîôèëåì (ñòàíäàðòíîå âîëîêíî, standard fiber, SF), âîëîêíî ñî ñìåùåííîé äèñïåðñèåé (dispersion shifted fiber, DSF), âîëîêíî ñ íåíóëåâîé ñìåùåííîé äèñïåðñèåé (non-zero dispersion shifted fiber, NZDSF), à òàêæå äâà òèïà ãðàäèåíòíîãî ìíîãîìîäîâîãî âîëîêíà ñòàíäàðòîâ 50/125 è 62,5/125.  ïðîòÿæåííûõ ìàãèñòðàëÿõ ïðèìåíÿþòñÿ èñêëþ÷èòåëüíî îäíîìîäîâûå âîëîêíà èç-çà ëó÷øèõ äèñïåðñèîííûõ õàðàêòåðèñòèê. Äëÿ ìíîãîêàíàëüíîé ìóëüòèïëåêñíîé ïåðåäà÷è ëó÷øå âñåãî ïîäõîäèò âîëîêíî òèïà NZDSF, à íàèìåíåå óäà÷íûì îêàçàëîñü îäíîìîäîâîå âîëîêíî DSF. Èñïîëüçîâàíèå ìíîãîìîäîâîãî âîëîêíà îãðàíè÷åíî ëîêàëüíûìè ñåòÿìè ñ õàðàêòåðíûìè äëèíàìè ñåãìåíòîâ äî 2 êì.  òî æå âðåìÿ â ëîêàëüíûõ ñåòÿõ âñå ÷àùå íà÷èíàåò èñïîëüçîâàòüñÿ, íàðÿäó ñ ìíîãîìîäîâûì, è îäíîìîäîâîå âîëîêíî, îáåñïå÷èâàþùåå áîëåå âûñîêóþ ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ. Ýòî ñâÿçàíî ñ ïàäåíèåì ñòîèìîñòè ëàçåðíûõ îïòè÷åñêèõ ïåðåäàò÷èêîâ è âîçðàñòàþùèì ÷èñëîì ñåòåâûõ ïðèëîæåíèé, òðåáóþùèõ áîëüøîé ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ, êîòîðóþ ìîæåò îáåñïå÷èòü òîëüêî îäíîìîäîâîå âîëîêíî.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
199
Ïðèåìîïåðåäàò÷èêè. Âûïóñêàþòñÿ ðàçíîîáðàçíûå ïðèåìî-ïåðåäàþùèå îïòîýëåêòðîííûå ìîäóëè, ïðåäíàçíà÷åííûå äëÿ ñåòåé FDDI, Fast Ethernet (ñêîðîñòü ïåðåäà÷è 100 Ìáèò/c, ÷àñòîòà ìîäóëÿöèè 125 ÌÃö), ATM (STM-1 155Ìáèò/c, ÷àñòîòà ìîäóëÿöèè 194 ÌÃö), áîëåå áûñòðûå äëÿ ñåòåé STM-4 622 Ìáèò/ñ (÷àñòîòà ìîäóëÿöèè 778 ÌÃö) è Gigabit Ethernet (1000 Ìáèò/ñ, ÷àñòîòà ìîäóëÿöèè 1250 ÌÃö), è åùå áîëåå áûñòðûå, ïðåäíàçíà÷åííûå äëÿ ïåðåäà÷è êàíàëîâ STM-16 (2,5 Ãáèò/ñ), è, íàêîíåö, STM-64 (10 Ãáèò/ñ). Ïàññèâíûå îïòè÷åñêèå ìóëüòèïëåêñîðû/äåìóëüòèïëåêñîðû (ñì. ï. 8.2).  íàñòîÿùåå âðåìÿ âûïóñêàåòñÿ îãðîìíîå ÷èñëî óñòðîéñòâ, îò ïðîñòûõ ìóëüòèïëåêñîðîâ è íàïðàâëåííûõ îòâåòâèòåëåé WDM, äî ñëîæíûõ óñòðîéñòâ, îáåñïå÷èâàþùèõ ïëîòíîå âîëíîâîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå/äåìóëüòèïëåêñèðîâàíèå (DWDM) c ÷èñëîì êàíàëîâ äî 40 è áîëåå. Îïòè÷åñêèé ìóëüòèïëåêñîð ñîáèðàåò íåñêîëüêî ïðîñòûõ ñèãíàëîâ ðàçíûõ äëèí âîëí èç íåñêîëüêèõ âîëîêîí â ìóëüòèïëåêñíûé ñèãíàë, ðàñïðîñòðàíÿþùèéñÿ ïî îäíîìó âîëîêíó. Äåìóëüòèïëåêñîð âûïîëíÿåò îáðàòíóþ ôóíêöèþ è îáåñïå÷èâàåò âûäåëåíèå êàíàëîâ â îòäåëüíûå âîëîêíà èç ñëîæíîãî ìóëüòèïëåêñíîãî ñèãíàëà, ïðåäñòàâëåííîãî ìíîæåñòâîì êàíàëîâ è èäóùåãî ïî îäíîìó âîëîêíó. Îïòè÷åñêèå óñèëèòåëè (ñì. ï. 8.4) òðåáóþòñÿ â ñåòÿõ ïðè áîëüøèõ ðàññòîÿíèÿõ ìåæäó ðåãåíåðàòîðàìè.  ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèõ ñåòÿõ øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èëè ýðáèåâûå óñèëèòåëè EDFA, èñïîëüçóþùèå ëàçåð íàêà÷êè ñ äëèíîé âîëíû 980 íì èëè 1480 íì. Ðàáîòàÿ â äèàïàçîíå îò 1535 äî 1560 íì, îíè ìîãóò îáåñïå÷èâàòü óñèëåíèå âõîäíîãî ñèãíàëà íà 30-38 äÁ â çàâèñèìîñòè îò åãî äëèíû âîëíû. Óñèëèòåëè EDFA íå òîëüêî çàìåíèëè äîðîãîñòîÿùèå îïòîýëåêòðîííûå ñèñòåìû ðåãåíåðàöèè îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà, íî îáåñïå÷èëè âîçìîæíîñòü óñèëåíèÿ ìíîãîêàíàëüíîãî WDM ñèãíàëà, ñîêðàùàÿ ÷èñëî ýëåêòðîííûõ ðåãåíåðàòîðîâ íà ïðîòÿæåííîé îïòè÷åñêîé ìóëüòèïëåêñíîé ëèíèè. Îïòè÷åñêèå êîììóòàòîðû (ñì. ï. 8.5) âûïîëíÿþò â ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèõ ñåòÿõ òó æå ôóíêöèþ, ÷òî è îáû÷íûå ýëåêòðîííûå êîììóòàòîðû â òðàäèöèîííûõ ñåòÿõ, à èìåííî îáåñïå÷èâàþò êîììóòàöèþ êàíàëîâ èëè êîììóòàöèþ ïàêåòîâ. Íàðÿäó ñ ïðîñòåéøèì êîììóòàòîðîì 2x2 â íàñòîÿùåå âðåìÿ íà÷àëè ïîñòàâëÿòüñÿ êîììóòàòîðû ñ ÷èñëîì ïîðòîâ 4x4, 8x8 è 16x16. Ôèëüòðû ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ âûäåëåíèÿ îäíîãî íóæíîãî êàíàëà èç ìíîæåñòâà ìóëüòèïëåêñíûõ êàíàëîâ, ðàñïðîñòðàíÿåìûõ â âîëîêíå. Ïîñêîëüêó ôîòîïðèåìíèêè èìåþò îáû÷íî øèðîêóþ ñïåêòðàëüíóþ îáëàñòü ÷óâñòâèòåëüíîñòè, òî ôèëüòð íåîáõîäèì äëÿ òîãî, ÷òîáû ïîäàâèòü (îñëàáèòü) ñîñåäíèå êàíàëû. Íàðÿäó ñ ôèëüòðàìè, ïðåäíàçíà÷åííûìè äëÿ ðàáîòû íà îïðåäåëåííîé äëèíå âîëíû, âûïóñêàþòñÿ òàêæå ôèëüòðû ñ ïåðåñòðàèâàåìîé äëèíîé âîëíû. Ôóíêöèè ôèëüòðà ìîæåò âûïîëíÿòü îïòè÷åñêèé äåìóëüòèïëåêñîð. Âîëíîâûå êîíâåðòåðû (ñì. ï. 8.6) ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ îäíîé äëèíû âîëíû â äðóãóþ. Òàê, åñëè èíôîðìàöèîííûé ñèãíàë â ïîäñåòè 1 áûë ïðåäñòàâëåí êàíàëîì íà äëèíå âîëíû, êîòîðàÿ óæå çàäåéñòâîâàíà â äðóãîé ïîäñåòè – ïîäñåòè 2, òî âîëíîâîé êîíâåðòåð ìîæåò ïðåîáðàçîâàòü ýòîò ñèãíàë ïðè ïåðåõîäå èç ïîäñåòè 1 â ïîäñåòü 2 íà äðóãóþ ñâîáîäíóþ â ïîäñåòè 2 äëèíó âîëíû, îáåñïå÷èâ ïðîçðà÷íóþ ñâÿçü ìåæäó óñòðîéñòâàìè â ðàçíûõ ïîäñåòÿõ. Îáùåïðèíÿòûå îáîçíà÷åíèÿ ýëåìåíòîâ ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêîé ñåòè ïðèâåäåíû â òàáë. 8.1.
8.2. Ïëîòíîå âîëíîâîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå Ìóëüòèïëåêñîðû DWDM Ìóëüòèïëåêñîðàì DWDM (â îòëè÷èè îò áîëåå òðàäèöèîííûõ WDM) ïðèñóùè äâå îòëè÷èòåëüíûå ÷åðòû: •
èñïîëüçîâàíèå òîëüêî îäíîãî îêíà ïðîçðà÷íîñòè 1550 íì, â ïðåäåëàõ îáëàñòè óñèëåíèÿ EDFA (1530-1560 íì);
•
ìàëûå ðàññòîÿíèå
∆λ
ìåæäó ìóëüòèïëåêñíûìè êàíàëàìè (3,2 / 1,6 / 0,8 èëè 0,4 íì).
Êðîìå ýòîãî, ïîñêîëüêó ìóëüòèïëåêñîðû DWDM ðàññ÷èòàíû íà ðàáîòó ñ áîëüøèì ÷èñëîì êàíàëîâ (äî 32-õ è áîëåå), òî íàðÿäó ñ óñòðîéñòâàìè DWDM, â êîòîðûõ ìóëüòèïëåêñèðóþòñÿ (äåìóëüòèïëåêñèðóþòñÿ) îäíîâðåìåííî âñå êàíàëû, äîïóñêàþòñÿ òàêæå íîâûå óñòðîéñòâà, íå èìåþùèå àíàëîãîâ â ñèñòåìàõ WDM è ðàáîòàþùèå â ðåæèìå äîáàâëåíèÿ èëè âûâîäà îäíîãî è áîëåå êàíàëîâ â/èç îñíîâíîãî ìóëüòèïëåêñíîãî ïîòîêà, ïðåäñòàâëåííîãî áóëüøèì ÷èñëîì äðóãèõ êàíàëîâ. Òàê êàê âûõîäíûå ïîðòû/ïîëþñà äåìóëüòèïëåêñîðà çàêðåïëåíû çà îï-
200
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
ðåäåëåííûìè äëèíàìè âîëí, ãîâîðÿò, ÷òî òàêîå óñòðîéñòâî îñóùåñòâëÿåò ïàññèâíóþ ìàðøðóòèçàöèþ ïî äëèíàì âîëí. Èç-çà ìàëûõ ðàññòîÿíèé ìåæäó êàíàëàìè è íåîáõîäèìîñòè ðàáîòû ñ áîëüøèì ÷èñëîì êàíàëîâ îäíîâðåìåííî, èçãîòîâëåíèå ìóëüòèïëåêñîðîâ DWDM òðåáóåò çíà÷èòåëüíî áîëüøåé ïðåöèçèîííîñòè ïî ñðàâíåíèþ c WDM ìóëüòèïëåêñîðàìè (èñïîëüçóþùèìè îáû÷íî îêíà ïðîçðà÷íîñòè 1310 íì, 1550 íì èëè äîïîëíèòåëüíî îáëàñòü äëèí âîëí â îêðåñòíîñòè 1650 íì). Òàêæå âàæíî îáåñïå÷èòü âûñîêèå õàðàêòåðèñòèêè ïî áëèæíèì (êîýôôèöèåíò íàïðàâëåííîñòè) è äàëüíèì (èçîëÿöèÿ) ïåðåõîäíûì ïîìåõàì íà ïîëþñàõ DWDM óñòðîéñòâà. Âñå ýòî ïðèâîäèò ê áîëåå âûñîêîé ñòîèìîñòè DWDM óñòðîéñòâ ïî ñðàâíåíèþ WDM.
Òàáëèöà 8.1. Îáîçíà÷åíèÿ ýëåìåíòîâ AON Лазер
Приемный оптоэлектронный модуль
Оптическое волокно
Оптический усилитель EDFA
λ1
λ2
λ2
Оптический коммутатор
Устройство волнового мультиплексирования (MUX), демультиплексирования (DEMUX)
λ 1+...+N
λ 1+...+k+...+N
Оптический фильтр
λk
Aттенюатор
λ1 λ2
λ 1+...+N
λ 1+...+N
λN
λN
WDM MUX
λ1 Оптический комбайнер, разветвитель
λN
λ1 λ2
...
λ1
...
Волновой конвертер
λ 1+...+N
WDM DEMUX
λ 1+...+N
λ 1+...+N
λ 1+...+N λ 1+...+N
Òèïîâàÿ ñõåìà DWDM ìóëüòèïëåêñîðà ñ çåðêàëüíûì îòðàæàþùèì ýëåìåíòîì ïîêàçàíà íà ðèñ. 8.1 à. Ðàññìîòðèì åãî ðàáîòó â ðåæèìå äåìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ. Ïðèõîäÿùèé ìóëüòèïëåêñíûé ñèãíàë ïîïàäàåò íà âõîäíîé ïîðò. Çàòåì ýòîò ñèãíàë ïðîõîäèò ÷åðåç âîëíîâîäïëàñòèíó è ðàñïðåäåëÿåòñÿ ïî ìíîæåñòâó âîëíîâîäîâ, ïðåäñòàâëÿþùèõ äèôðàêöèîííóþ ñòðóêòóðó AWG (arrayed waveguide grating). Ïî-ïðåæíåìó ñèãíàë â êàæäîì èç âîëíîâîäîâ îñòàåòñÿ ìóëüòèïëåêñíûì, à êàæäûé êàíàë ( λ 1 , λ 2 ,... ) îñòàåòñÿ ïðåäñòàâëåííûì âî âñåõ âîëíîâîäàõ. Äàëåå ïðîèñõîäèò îòðàæåíèå ñèãíàëîâ îò çåðêàëüíîé ïîâåðõíîñòè, è, â èòîãå, ñâåòîâûå ïîòîêè âíîâü ñîáèðàþòñÿ â âîëíîâîäå-ïëàñòèíå, ãäå ïðîèñõîäèò èõ ôîêóñèðîâêà è èíòåðôåðåíöèÿ – îáðàçóþòñÿ ïðîñòðàíñòâåííî ðàçíåñåííûå èíòåðôåðåíöèîííûå ìàêñèìóìû èíòåíñèâíîñòè, ñîîòâåòñòâóþùèå ðàçíûì êàíàëàì. Ãåîìåòðèÿ âîëíîâîäà-ïëàñòèíû, â ÷àñòíîñòè, ðàñïîëîæåíèå âûõîäíûõ ïîëþñîâ, è äëèíû âîëíîâîäîâ ñòðóêòóðû AWG ðàññ÷èòûâàþòñÿ òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû èíòåðôåðåíöèîííûå ìàêñèìóìû ñîâïàäàëè ñ âûõîäíûìè ïîëþñàìè. Ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå ïðîèñõîäèò îáðàòíûì ïóòåì. Äðóãîé ñïîñîá ïîñòðîåíèÿ ìóëüòèïëåêñîðà áàçèðóåòñÿ íå íà îäíîé, à íà ïàðå âîëíîâîäîâ-ïëàñòèí (ðèñ. 8.1 á). Ïðèíöèï äåéñòâèÿ òàêîãî óñòðîéñòâà àíàëîãè÷åí ïðåäûäóùåìó ñëó÷àþ çà èñêëþ÷åíèåì òîãî, ÷òî çäåñü äëÿ ôîêóñèðîâêè è èíòåðôåðåíöèè èñïîëüçóåòñÿ äîïîëíèòåëüíàÿ ïëàñòèíà. DWDM ìóëüòèïëåêñîðû, ÿâëÿÿñü ÷èñòî ïàññèâíûìè óñòðîéñòâàìè, âíîñÿò áîëüøîå çàòóõàíèå â ñèãíàë. Íàïðèìåð, ïîòåðè äëÿ óñòðîéñòâà (ðèñ. 8.1 à), ðàáîòàþùåãî â ðåæèìå äåìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ ñîñòàâëÿþò 10-12 äÁ, ïðè äàëüíèõ ïåðåõîäíûõ ïîìåõàõ <–20 äÁ, è ïîëóøèðèíå ñïåêòðà ñèãíàë 1 íì, (ïî ìàòåðèàëàì Oki Electric Industry [5]). Èç-çà áîëüøèõ ïîòåðü ÷àñòî âîçíèêàåò íåîáõîäèìîñòü óñòàíîâëåíèÿ îïòè÷åñêîãî óñèëèòåëÿ ïåðåä è/èëè ïîñëå DWDM ìóëüòèïëåêñîðà. ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
201
Порты ввода/вывода
Входные волноводы
Ввод
а)
Волновод-пластина
Ввод
Дифракционная структура Зеркало на основе массива волноводов
Вывод
б)
Ðèñ. 8.1. Ñõåìû DWDM ìóëüòèïëåêñîðîâ: à) ñ îòðàæàþùèì ýëåìåíòîì [5]); á) ñ äâóìÿ âîëíîâîäàìè-ïëàñòèíàìè [6]
Ïðîñòðàíñòâåííîå ðàçäåëåíèå êàíàëîâ è ñòàíäàðòèçàöèÿ DWDM Ñàìûì âàæíûì ïàðàìåòðîì â òåõíîëîãèè ïëîòíîãî âîëíîâîãî ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ áåññïîðíî ÿâëÿåòñÿ ðàññòîÿíèå ìåæäó ñîñåäíèìè êàíàëàìè. Ñòàíäàðòèçàöèÿ ïðîñòðàíñòâåííîãî ðàñïîëîæåíèÿ êàíàëîâ íóæíà, óæå õîòÿ áû ïîòîìó, ÷òî íà åå îñíîâå ìîæíî áóäåò íà÷èíàòü ïðîâåäåíèå òåñòîâ íà âçàèìíóþ ñîâìåñòèìîñòü îáîðóäîâàíèÿ ðàçíûõ ïðîèçâîäèòåëåé. Ñåêòîð ïî ñòàíäàðòèçàöèè òåëåêîììóíèêàöèé ITU-T óòâåðäèë ÷àñòîòíûé ïëàí DWDM ñ ðàññòîÿíèåì ìåæäó ñîñåäíèìè êàíàëàìè 100 ÃÃö ( ∆λ ≈ 0,8 íì), (òàáë. 8.2).  òî æå âðåìÿ äåáàòû ïðîäîëæàþò èäòè âîêðóã ïðèíÿòèÿ ÷àñòîòíîãî ïëàíà ñ åùå ìåíüøèì ðàññòîÿíèåì ìåæäó êàíàëàìè 50 ÃÃö ( ∆λ ≈ 0,4 íì). Áåç ïîíèìàíèÿ òîãî, êàêèå îãðàíè÷åíèÿ è ïðåèìóùåñòâà èìååò êàæäûé ÷àñòîòíûé ïëàí, îïåðàòîðû ñâÿçè è îðãàíèçàöèè, ïëàíèðóþùèå íàðàùèâàíèå ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòè ñåòè, ìîãóò ñòîëêíóòüñÿ ñî çíà÷èòåëüíûìè òðóäíîñòÿìè è èçëèøíèìè èíâåñòèöèÿìè. Ñåòêà 100 ÃÃö.  òàáë. 8.2 ïîêàçàíû ñåòêè ÷àñòîòíîãî ïëàíà 100 ÃÃö ñ ðàçëè÷íîé ñòåïåíüþ ðàçðåæåííîñòè êàíàëîâ. Âñå ñåòêè, êðîìå îäíîé 500/400, èìåþò ðàâíîóäàëåííûå êàíàëû. Ðàâíîìåðíîå ðàñïðåäåëåíèå êàíàëîâ ïîçâîëÿåò îïòèìèçèðîâàòü ðàáîòó âîëíîâûõ êîíâåðòåðîâ, ïåðåñòðàèâàåìûõ ëàçåðîâ è äðóãèõ óñòðîéñòâ ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêîé ñåòè, à òàêæå ïîçâîëÿåò ëåã÷å åå íàðàùèâàòü. Ðåàëèçàöèÿ òîé èëè èíîé ñåòêè ÷àñòîòíîãî ïëàíà âî ìíîãîì çàâèñèò îò òðåõ îñíîâíûõ ôàêòîðîâ: òèïà èñïîëüçóåìûõ îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé (êðåìíèåâîãî èëè ôòîð-öèðêîíàòíîãî); ñêîðîñòè ïåðåäà÷è íà êàíàë – 2,4 Ãáèò/ñ (STM-16) èëè 10 Ãáèò/ñ (STM-64); âëèÿíèÿ íåëèíåéíûõ ýôôåêòîâ, ïðè÷åì âñå ýòè ôàêòîðû ñèëüíî âçàèìîñâÿçàíû ìåæäó ñîáîé. Ñòàíäàðòíûå óñèëèòåëè EDFA íà êðåìíèåâîì âîëîêíå èìåþò îäèí íåäîñòàòîê – áîëüøóþ âàðèàöèþ êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ â îáëàñòè íèæå 1540 íì (ðèñ. 4.19, ãë. 4), ÷òî ïðèâîäèò ê áîëåå íèçêèì çíà÷åíèÿì ñîîòíîøåíèÿ ñèãíàë/øóì è íåëèíåéíîñòè óñèëåíèÿ â ýòîé îáëàñòè. Îäèíàêîâî íåæåëàòåëüíû êàê ñèëüíî íèçêèå, òàê è ñèëüíî âûñîêèå çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ. Ñ ðîñòîì ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ ìèíèìàëüíîå äîïóñòèìîå ïî ñòàíäàðòó ñîîòíîøåíèå ñèãíàë/øóì âîçðàñòàåò – òàê, äëÿ êàíàëà STM-64 îíî íà 4-7 äÁ âûøå, ÷åì äëÿ STM-16. Òàêèì îáðàçîì, íåëèíåéíîñòü êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ êðåìíèåâîãî óñèëèòåëÿ EDFA ñèëüíåé îãðàíè÷èâàåò ðàçìåð çîíû äëÿ ìóëüòèïëåêñíûõ êàíàëîâ STM-64 (1540-1560 íì), ÷åì äëÿ êàíàëîâ STM-16 è ìåíüøåé åìêîñòè (ãäå ìîæíî èñïîëüçîâàòü ïðàêòè÷åñêè âñþ çîíó óñèëåíèÿ êðåìíèåâîãî EDFA, íåñìîòðÿ íà íåëèíåéíîñòü).
202
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Òàáëèöà 8.2. ×àñòîòíûé ïëàí ITU-T [7] Èíòåðâàë ×àñòîòà, 100 ÃÃö (8 êàíàëîâ ÒÃö è áîëåå) 196,1 196,0 195,9 195,8 195,7 195,6 195,5 195,4 195,3 195,2 195,1 195,0 194.9 194,8 194,7 194,6 194,5 194,4 194,3 194,2 194,1 194,0 193,9 193,8 193,7 193,6 193,5 193,4 193,3 193,2 193,1 193,0 192,9 192,8 192,7 192,6 192,5 194,4 192,3 192,2 192,1
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
Èíòåðâàë 200 ÃÃö (4 êàíàëà è áîëåå)
Èíòåðâàë 400 ÃÃö (òîëüêî 4 êàíàëà)
Èíòåðâàë 500/400 ÃÃö (òîëüêî 8 êàíàëîâ)
Èíòåðâàë 600 ÃÃö (òîëüêî 4 êàíàëà)
Èíòåðâàë 1000 ÃÃö (òîëüêî 4 êàíàëà)
* * * *
*
*
*
*
* *
* *
* *
*
*
*
*
* *
*
*
*
*
*
* * * *
*
*
*
*
* *
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
Äëèíà âîëíû, íì 1528.77 1529,55 1530,33 1531,12 1531,90 1532,68 1533,47 1534,25 1535,04 1535,82 1536,61 1537,40 1538,19 1538,98 1539,77 1540,56 1541,35 1542,14 1542,94 1543,73 1544,53 1545,32 1546,12 1546,92 1547,72 1548,51 1549,32 1550,12 1550,92 1551,72 1552,52 1553,33 1554,13 1554,94 1555,75 1556,55 1557,36 1558,17 1558,98 1559,79 1560.61
Ñåòêà 50 ÃÃö. Áîëåå ïëîòíûé, ïîêà íå ñòàíäàðòèçèðîâàííûé, ÷àñòîòíûé ïëàí ñåòêè ñ èíòåðâàëîì 50 ÃÃö ïîçâîëÿåò ýôôåêòèâíåé èñïîëüçîâàòü çîíó 1540-1560 íì, â êîòîðîé ðàáîòàþò ñòàíäàðòíûå êðåìíèåâûå EDFA. Íàðÿäó ñ ýòèì ïðåèìóùåñòâîì åñòü è ìèíóñû ó ýòîé ñåòêè. Âîïåðâûõ, ñ óìåíüøåíèåì ìåæêàíàëüíûõ èíòåðâàëîâ âîçðàñòàåò âëèÿíèå ýôôåêòà ÷åòûðåõâîëíîâîãî ñìåøåíèÿ, ÷òî íà÷èíàåò îãðàíè÷èâàòü ìàêñèìàëüíóþ äëèíó ìåæðåãåíåðàöèîííîé ëèíèè (ëèíèè íà îñíîâå òîëüêî îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé). Âî-âòîðûõ, ìàëîå ìåæêàíàëüíîå ðàññòîÿíèå ≈ 0,4 íì ìîæåò ïðèâîäèòü ê îãðàíè÷åíèÿì â âîçìîæíîñòè ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ êàíàëîâ STM-64 (ðèñ. 8.2). Êàê âèäíî èç ðèñóíêà, ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå êàíàëîâ STM-64 c èíòåðâàëîì 50 ÃÃö íå äîïóñòèìî, ïîñêîëüêó òîãäà âîçíèêàåò ïåðåêðûòèå ñïåêòðîâ ñîñåäíèõ êàíàëîâ [7]. Òîëüêî åñëè èìååò ìåñòî ìåíüøàÿ ñêîðîñòü ïåðåäà÷è â ðàñ÷åòå íà êàíàë (STM-4 è íèæå), ïåðåêðûòèå ñïåêòðîâ íå âîçíèêàåò. Â-òðåòüèõ, ïðè èíòåðâàëå 50 ÃÃö òðåáîâàíèÿ ê ïåðåñòðàèâàåìûì ëàçåðàì,
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
203
ìóëüòèïëåêñîðàì è äðóãèì êîìïîíåíòàì ñòàíîâÿòñÿ áîëåå æåñòêèìè, ÷òî ñíèæàåò ÷èñëî ïîòåíöèàëüíûõ ïðîèçâîäèòåëåé îáîðóäîâàíèÿ, à òàêæå âåäåò ê óâåëè÷åíèþ åãî ñòîèìîñòè.  íàñòîÿùåå âðåìÿ âåäóòñÿ ðàáîòû ïî ñîçäàíèþ íàäåæíûõ ôòîð-öèðêîíàòíûõ óñèëèòåëåé EDFA, îáåñïå÷èâàþùèõ áîëüøóþ ëèíåéíîñòü (âî âñåé îáëàñòè 1530-1560 íì) êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ. Ñ óâåëè÷åíèåì ðàáî÷åé îáëàñòè óñèëèòåëåé EDFA ñòàíîâèòñÿ âîçìîæíûì ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå 40 êàíàëîâ STM-64 ñ èíòåðâàëîì 100 ÃÃö îáùåé åìêîñòüþ 400 ÃÃö â ðàñ÷åòå íà âîëîêíî. STM-64 при интервале 100 ГГц
STM-16 при интервале 100 ГГц
STM-64 при интервале 50 ГГц
STM-16 при интервале 50 ГГц
Перекрытие
Ðèñ. 8.2. Ñïåêòðàëüíîå ðàçìåùåíèå êàíàëîâ â âîëîêíå Äëÿ ñïðàâêè â òàáë. 8.3 ïðèâåäåíû òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè îäíîé èç ìîùíûõ ìóëüòèïëåêñíûõ ñèñòåì, èñïîëüçóþùèõ ÷àñòîòíûé ïëàí 100/50 ÃÃö, ïðîèçâîäñòâà ôèðìû Ciena Corp.
Òàáëèöà 8.3. Òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè òðàíñïîðòíîé ñèñòåìû DWDM – ìîäåëè MultiWave Sentry™ 4000 (ïî ìàòåðèàëàì Ciena Corp. [8]) Ñèñòåìíûé óðîâåíü Åìêîñòü, Ãáèò/c Ôîðìàò ×àñòîòíûé ïëàí Âîçìîæíûå êîíôèãóðàöèè
100 (40 êàíàëîâ × 2,5 Ãáèò/ñ) OC-48/(STM-16)/OC-48c/STM-16c 50 ÃÃö 5 ïðîëåòîâ × 25 äÁ (500 êì) 2 ïðîëåòà × 33 äÁ (240 êì) Ñèñòåìíàÿ ÷àñòîòà ïîÿâëåíèÿ îøèáîê (BER) < 10–15 Êàíàëüíûå èíòåðôåéñû Ôîðìàò Êîðîòêèå/ïðîìåæóòî÷íûå äèñòàíöèè STM-16/G.957 I-16 & S.16.1 âíóòðèîôèñíûå ïðèëîæåíèÿ Óðîâåíü âõîäíîãî ñèãíàëà, äÁì îò –18 äî –3 Óðîâåíü âûõîäíîãî ñèãíàëà, äÁì –5 ± 0,5 Äëèíà âîëíû ââîäèìîãî èçëó÷åíèÿ, íì 1250-1600 Ñåòåâîå óïðàâëåíèå Ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ WaveWatch™ ïðîèçâîäñòâà CIENA ïî SNMP èëè TMN Ñòàíäàðòíûé èíòåðôåéñ VT100 (TM), àñèíõðîííûé RS-232, óäàëåííûé äîñòóï ÷åðåç Telnet, ITU TMN, TL-1, SNMP Ìîíèòîðèíã ðàáîòîñïîñîáíîñòè êàíàëîâ Êàíàëüíûå áèòîâûå îøèáêè ÷åðåç B1 çàãîëîâêà SDH, êîíòðîëü îïòè÷åñêîé ìîùíîñòè â êàæäîì êàíàëå Óäàëåííûå èíòåðôåéñû RS-422/X.25 (TL-1 èíòåðôåéñ), IP/802.3 ÷åðåç 10Base-T Îïòè÷åñêèé ñëóæåáíûé êàíàë 2,048 Ìáèò/ñ íà äëèíå âîëíû 1625 íì Õàðàêòåðèñòèêè ïî ïèòàíèþ Íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ,  ïîñòîÿííûé òîê îò –48 äî –58 Ïîòðåáëÿåìàÿ ìîùíîñòü ïðè 40 êàíàëàõ, Âò 800 òèïè÷íîå, 925 (ìàêñèìóì) – ñòîéêà 1 1000 òèïè÷íîå, 1250 (ìàêñèìóì) – ñòîéêà 2
204
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
8.3. Ïðèìåíåíèå îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé EDFA Ðàçâèòèå òåõíîëîãèè îïòè÷åñêîãî óñèëåíèÿ íà îñíîâå EDFA ñèëüíî èçìåíèëî ìåòîäîëîãèþ êîíñòðóèðîâàíèÿ âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ñèñòåì ñâÿçè. Òðàäèöèîííûå âîëîêîííîîïòè÷åñêèå ñèñòåìû èñïîëüçóþò ïîâòîðèòåëè-ðåãåíåðàòîðû, ïîâûøàþùèå ìîùíîñòü ñèãíàëà (ðèñ. 8.3 à). Êîãäà äëèíà ìåæäó óäàëåííûìè óçëàìè íà÷èíàåò ïðåâîñõîäèòü ïî óñëîâèÿì çàòóõàíèÿ ñèãíàëà ìàêñèìàëüíóþ äîïóñòèìóþ äëèíó ïðîëåòà ìåæäó ñîñåäíèìè óçëàìè, â ïðîìåæóòî÷íûõ òî÷êàõ óñòàíàâëèâàþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå ðåãåíåðàòîðû. Îíè ïðèíèìàþò ñëàáûé ñèãíàë, óñèëèâàþò åãî â ïðîöåññå îïòîýëåêòðîííîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ, âîññòàíàâëèâàþò ñêâàæíîñòü, ôðîíòû è âðåìåííûå õàðàêòåðèñòèêè ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ, è ïîñëå ïðåîáðàçîâàíèÿ â îïòè÷åñêóþ ôîðìó ïåðåäàþò äàëüøå ïðàâèëüíûé óñèëåííûé ñèãíàë, â òîì æå âèäå, â êàêîì îí áûë íà âûõîäå ïðåäûäóùåãî ðåãåíåðàòîðà. Õîòÿ òàêèå ñèñòåìû ðåãåíåðàöèè ðàáîòàþò õîðîøî, îíè ÿâëÿþòñÿ âåñüìà äîðîãèìè è, áóäó÷è óñòàíîâëåííûìè, íå ìîãóò íàðàùèâàòü ïðîïóñêíóþ ñïîñîáíîñòü ëèíèè. Íà îñíîâå EDFA ïîòåðè ìîùíîñòè â ëèíèè ïðåîäîëåâàþòñÿ ïóòåì îïòè÷åñêîãî óñèëåíèÿ (ðèñ. 8.3 á).  îòëè÷èå îò ðåãåíåðàòîðîâ, òàêîå "ïðîçðà÷íîå" óñèëåíèå íå ïðèâÿçàíî ê áèòîâîé ñêîðîñòè ñèãíàëà, ÷òî ïîçâîëÿåò ïåðåäàâàòü èíôîðìàöèþ íà áîëåå âûñîêèõ ñêîðîñòÿõ è íàðàùèâàòü ïðîïóñêíóþ ñïîñîáíîñòü äî òåõ ïîð, ïîêà íå âñòóïàþò â ñèëó äðóãèå îãðàíè÷èâàþùèå ôàêòîðû, òàêèå êàê õðîìàòè÷åñêàÿ äèñïåðñèÿ è ïîëÿðèçàöèîííàÿ ìîäîâàÿ äèñïåðñèÿ. Óñèëèòåëè EDFA òàêæå ñïîñîáíû óñèëèâàòü ìíîãîêàíàëüíûé WDM ñèãíàë, äîáàâëÿÿ åùå îäíî èçìåðåíèå â ïðîïóñêíóþ åìêîñòü. Õîòÿ îïòè÷åñêèé ñèãíàë, ãåíåðèðóåìûé èñõîäíûì ëàçåðíûì ïåðåäàò÷èêîì, èìååò âïîëíå îïðåäåëåííóþ ïîëÿðèçàöèþ, âñå îñòàëüíûå óçëû íà ïóòè ñëåäîâàíèÿ îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà, âêëþ÷àÿ îïòè÷åñêèé ïðèåìíèê, äîëæíû ïðîÿâëÿòü ñëàáóþ çàâèñèìîñòü ñâîèõ ïàðàìåòðîâ îò íàïðàâëåíèÿ ïîëÿðèçàöèè.  ýòîì ñìûñëå îïòè÷åñêèå óñèëèòåëè EDFA, õàðàêòåðèçóÿñü ñëàáîé ïîëÿðèçàöèîííîé çàâèñèìîñòüþ êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ, èìåþò îùóòèìîå ïðåèìóùåñòâî ïåðåä ïîëóïðîâîäíèêîâûìè óñèëèòåëÿìè.
Оптический передатчик
Повторительрегенератор
Повторительрегенератор
Повторительрегенератор
Оптический приемник
а) Оптический передатчик
Электронное восстановление сигнала
Оптический приемник
Оптический приемник
Оптический передатчик
б)
Ðèñ. 8.3. Îïòè÷åñêèå ñèñòåìû ñâÿçè íà îñíîâå: à) êàñêàäà ðåãåíåðàöèîííûõ ïîâòîðèòåëåé; á) êàñêàäà îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé EDFA
 îòëè÷èå îò ðåãåíåðàòîðîâ, îïòè÷åñêèå óñèëèòåëè âíîñÿò äîïîëíèòåëüíûé øóì, êîòîðûé íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü. Ïîýòîìó, íàðÿäó ñ êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ, îäíèì èç âàæíûõ ïàðàìåòðîâ EDFA ÿâëÿåòñÿ êîýôôèöèåíò øóìà.
Òåõíè÷åñêèå ïàðàìåòðû óñèëèòåëåé EDFA Íèæå îïðåäåëÿþòñÿ êëþ÷åâûå ïàðàìåòðû, õàðàêòåðèçóþùèå EDFA: ìîùíîñòü íàñûùåíèÿ, êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ, ìîùíîñòü óñèëåííîãî ñïîíòàííîãî èçëó÷åíèÿ è øóì-ôàêòîð. Ìîùíîñòü íàñûùåíèÿ
Pout sut
(saturation output power) – îïðåäåëÿåò ìàêñèìàëüíóþ âû-
õîäíóþ ìîùíîñòü óñèëèòåëÿ. Áîëüøåå çíà÷åíèå ìîùíîñòè ïîçâîëÿåò óâåëè÷èâàòü ðàññòîÿíèå
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
205
áåçðåòðàíñëÿöèîííîãî ó÷àñòêà. Ýòîò ïàðàìåòð âàðüèðóåòñÿ â çàâèñèìîñòè îò ìîäåëè îïòè÷åñêîãî óñèëèòåëÿ. Ó ìîùíûõ EDFA îí ìîæåò ïðåâîñõîäèòü 36 äÁì (4 Âò). Êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ G (gain) îïðåäåëÿåòñÿ èç ñîîòíîøåíèÿ
G = PS out PS in ãäå
PS in è PS out –
,
(8-1)
ìîùíîñòè (ïîëåçíûõ) ñèãíàëîâ íà âõîäå è âûõîäå óñèëèòåëÿ, à ëîãàðèôìè-
÷åñêèé ýêâèâàëåíò îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå
g = 10 lg G (äÁ).
Âåëè÷èíà êîýôôèöèåíòà óñèëå-
íèÿ çàâèñèò îò âõîäíîé ìîùíîñòè è ñòðåìèòñÿ ê ñâîåìó ìàêñèìàëüíîìó ïðåäåëó ïî ìåðå óìåíüøåíèÿ ìîùíîñòè âõîäíîãî ñèãíàëà. Íàïðèìåð, äëÿ ëàçåðîâ EAU-200/350, âûïóñêàåìûõ IRE POLUSE-GROUP, ïðåäåëüíîå çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ñîñòàâëÿåò 42 äÁ (òàáë. 8.4). Ìîùíîñòü óñèëåííîãî ñïîíòàííîãî èçëó÷åíèÿ ASE (amplified spontaneous emission).  îòñóòñòâèè âõîäíîãî ñèãíàëà EDFA ÿâëÿåòñÿ èñòî÷íèêîì ñïîíòàííîãî èçëó÷åíèÿ ôîòîíîâ. Ñïåêòð èçëó÷åíèÿ çàâèñèò îò ôîðìû ýíåðãåòè÷åñêîé çîíû àòîìîâ ýðáèÿ è îò ñòàòèñòè÷åñêîãî ðàñïðåäåëåíèÿ çàñåëåííîñòåé óðîâíåé çîíû. Ñïîíòàííî îáðàçîâàííûå ôîòîíû, ðàñïðîñòðàíÿÿñü ïî âîëîêíó â àêòèâíîé çîíå óñèëèòåëÿ EDFA, òèðàæèðóþòñÿ, â ðåçóëüòàòå ÷åãî ñîçäàþòñÿ âòîðè÷íûå ôîòîíû íà òîé æå äëèíå âîëíû, ñ òîé æå ôàçîé, ïîëÿðèçàöèåé è íàïðàâëåíèåì ðàñïðîñòðàíåíèÿ. Ðåçóëüòèðóþùèé ñïåêòð ñïîíòàííûõ ôîòîíîâ íàçûâàåòñÿ óñèëåííûì ñïîíòàííûì èçëó÷åíèåì (ðèñ. 8.4). Åãî ìîùíîñòü íîðìèðóåòñÿ â ðàñ÷åòå íà 1 Ãö è èìååò ðàçìåðíîñòü Âò/Ãö. Åñëè íà âõîä óñèëèòåëÿ ïîäàåòñÿ ñèãíàë îò ëàçåðà, òî îïðåäåëåííàÿ äîëÿ ýíåðãåòè÷åñêèõ ïåðåõîäîâ, ðàíåå ðàáîòàâøàÿ íà óñèëåííîå ñïîíòàííîå èçëó÷åíèå, íà÷èíàåò ïðîèñõîäèòü ïîä äåéñòâèåì ñèãíàëà îò ëàçåðà, óñèëèâàÿ âõîäíîé ñèãíàë. Òàêèì îáðàçîì, ïðîèñõîäèò íå òîëüêî óñèëåíèå ïîëåçíîãî âõîäíîãî ñèãíàëà, íî è îñëàáëåíèå ASE (ðèñ. 8.4). Ïðè ïîäà÷å íà âõîä ìóëüòèïëåêñíîãî ñèãíàëà ïðîèñõîäèò äàëüíåéøèé îòòîê ìîùíîñòè îò ASE â ïîëüçó óñèëèâàåìûõ ìóëüòèïëåêñíûõ êàíàëîâ. Îáû÷íî óñèëèòåëè ðàáîòàþò â ðåæèìå íàñûùåíèÿ ïî îòíîøåíèþ ê ñèãíàëó íà âûõîäå. Ýòî ñîçäàåò åñòåñòâåííîå âûðàâíèâàíèå óðîâíåé ñèãíàëîâ â êàíàëàõ, ÷òî êðàéíå æåëàòåëüíî, îñîáåííî äëÿ ïðîòÿæåííûõ ëèíèé ñ áîëüøèì ÷èñëîì ïîñëåäîâàòåëüíûõ óñèëèòåëåé. Åñëè ëàçåð, ïðåäøåñòâóþùèé óñèëèòåëþ, ãåíåðèðóåò èçëó÷åíèå â ñïåêòðàëüíîì îêíå
∆ν ( ∆ν =
c ∆λ , λ2
ãäå
c–
ñêîðîñòü ñâåòà), è ôèëüòð â ïðèåìíîì
îïòîýëåêòðîííîì ìîäóëå ïðîïóñêàåò ñèãíàë ñîîòâåòñòâåííî â ýòîì æå îêíå, òî âêëàä â ìîùíîñòü øóìà íà âûõîäå áëàãîäàðÿ óñèëåííîìó ñïîíòàííîìó èçëó÷åíèþ áóäåò ðàâåí ASE ∆ν = ASE ⋅ ∆ν . Òàêèì îáðàçîì, îïòè÷åñêèå ëèíèè ñ êàñêàäîì EDFA ïðîÿâëÿþò ñåáÿ ëó÷-
Мощность выходного сигнала, (дБм)
øå, êîãäà ìóëüòèïëåêñíûé ñèãíàë ïðåäñòàâëåí áîëåå óçêèìè â ñïåêòðàëüíîì îòíîøåíèè îòäåëüíûìè êàíàëàìè. Èñïîëüçîâàíèå íåïîñðåäñòâåííî ïåðåä ïðèåìíûì îïòîýëåêòðîííûì ìîäóëåì óçêîïîëîñíûõ ôèëüòðîâ, íàñòðîåííûõ íà ðàáî÷óþ äëèíó âîëíû, òàêæå ïîìîãàåò óìåíüøèòü óðîâåíü øóìà îò óñèëåííîãî ñïîíòàííîãî èçëó÷åíèÿ.
10 0
ASE при отсутствии сигнала на входе
-10 -20 -30 ASE при наличии сигнала на входе
-40 -50 1500
1520
1540
1560
1580
1600
Длина волны λ, (нм)
Ðèñ. 8.4. Âûõîäíîé ñïåêòð EDFA, ñíÿòûé ñïåêòðàëüíûì àíàëèçàòîðîì (ASE – ñïåêòðàëüíàÿ ïëîòíîñòü øóìà)
206
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Áîëüøèå ñîáñòâåííûå âðåìåííûå ïîñòîÿííûå EDFA – ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè ïåðåõîäà â ìåòàñòàáèëüíîå ñîñòîÿíèå ~1 ìêñ, âðåìÿ æèçíè ìåòàñòàáèëüíîãî ñîñòîÿíèÿ ~10 ìêñ [9] – óñòðàíÿþò êðîññ-ìîäóëÿöèþ ASE â óñèëèòåëå è äåëàþò áîëåå ñòàáèëüíîé ðàáîòó êàñêàäà îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé. Ìîùíîñòü óñèëåííîãî ñïîíòàííîãî èçëó÷åíèÿ ñâÿçàíà ñ êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ ôîðìóëîé [10]
ASE = hν ⋅ ãäå
h
äëèíå
n sp η
(G − 1) ,
(8-2)
ν – ÷àñòîòà (Ãö), ñîîòâåòñòâóþùàÿ = c λ , c – ñêîðîñòü ñâåòà, ðàâíàÿ ýìèññèè, η – êâàíòîâàÿ ýôôåêòèâíîñòü. Â
– ïîñòîÿííàÿ ïëàíêà, ðàâíàÿ 6,6252 x 10–34 Âò⋅ñ2 , âîëíû
λ
2,9979 x 108 ì/ñ), èäåàëüíîì ñëó÷àå
èç
n sp –
äèàïàçîíà
1530-1560 íì
êîýôôèöèåíò ñïîíòàííîé
n sp = η = 1
G >> 1 ,
ïðè
(ν
îòíåñåííàÿ êî âõîäó ìîùíîñòü óñèëåííîãî ñïîí-
òàííîãî èçëó÷åíèÿ èäåàëüíîãî êâàíòîâîãî óñèëèòåëÿ ASE id
G
ïðîñòî ðàâíà
hν ,
÷òî ïðè
λ = 1550 íì ñîñòàâëÿåò 1,28 x 10–19 Âò/Ãö â ðàñ÷åòå íà ñïåêòðàëüíóþ ïîëîñó 1 Ãö. Ðàçìåðó îêíà àíàëèçàòîðà â 0,8 íì ñîîòâåòñòâóåò ñïåêòðàëüíîå îêíî â 100 ÃÃö, ÷òî îïðåäåëÿåò ïðèâåäåííóþ ê âõîäó âåëè÷èíó ýôôåêòèâíîé ìîùíîñòè óñèëåííîãî ñïîíòàííîãî èçëó÷åíèÿ 1,28 x 10–8 Âò èëè –48,9 äÁì). Øóì-ôàêòîð
NF
(noise figure) îïðåäåëÿåòñÿ êàê îòíîøåíèå ñèãíàë/øóì íà âõîäå
( SNR in ) ê îòíîøåíèþ ñèãíàë/øóì íà âûõîäå ( SNR out ):
NF =
PS in
PS out
PN in
PN out
.
(8-3)
Âàæíî îòìåòèòü, ÷òî ìîùíîñòü øóìà íà âõîäå ÿâëÿåòñÿ êâàíòîâî-îãðàíè÷åííîé ìèíèìàëüíîé âåëè÷èíîé è îïðåäåëÿåòñÿ íóëåâûìè ôëóêòóàöèÿìè âàêóóìà PN in = hν ⋅ ∆ν . Ìîùíîñòü øóìà íà âûõîäå ñîñòîèò èç ñóììû ìîùíîñòè óñèëåííîãî ñïîíòàííîãî èçëó÷åíèÿ ASE ∆ν è ìîùíîñòè øóìà íóëåâûõ ôëóêòóàöèé âàêóóìà, êîòîðûå ïðîõîäÿò ÷åðåç óñèëèòåëü áåç èçìåíåíèÿ:
PN out = ASE ∆ν + hν ⋅ ∆ν .
Åñëè ó÷åñòü, ÷òî
PS out PS in = G ,
òî øóì-ôàêòîð ìîæíî
âûðàçèòü ÷åðåç êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ è ìîùíîñòü óñèëåííîãî ñïîíòàííîãî èçëó÷åíèÿ:
NF =
1 ASE 1 + . G hν
(8-4)
nf = 10 lg NF . Ìèïðè G = 1 . Ýòî îçíà-
×àñòî ïðè îïèñàíèè EDFA çíà÷åíèå øóì-ôàêòîðà óêàçûâàåòñÿ â äÁ: íèìàëüíûé øóì-ôàêòîð ðàâåí 1 (0 äÁ) è äîñòèãàåòñÿ ïðè
n sp η = 1
èëè
÷àåò, ÷òî óñèëèòåëü âíîñèò ìèíèìàëüíûé øóì, ðàâíûé øóìó èäåàëüíîãî îïòè÷åñêîãî óñèëèòåëÿ. Íà ïðàêòèêå ñðàçó íà 3 äÁ ( 10 lg 2 ) íåîáõîäèìî óâåëè÷èòü nf , òàê êàê ñóùåñòâóåò äâà íàïðàâëåíèÿ ïîëÿðèçàöèè (äâå ìîäû), â ñâÿçè ñ ÷åì
n sp = 2 ,
à òèïè÷íûå çíà÷åíèÿ ñîñòàâëÿþò
5,5 äÁ. ×åì áëèæå ê 1 çíà÷åíèå øóì-ôàêòîðà, òåì ìåíüøå äîïîëíèòåëüíûé øóì âíîñèò óñèëèòåëü.  òî æå âðåìÿ ïðè èñïîëüçîâàíèè êàñêàäà èç íåñêîëüêèõ óñèëèòåëåé ïîëíûé øóìôàêòîð âîçðàñòàåò. Íàéäåì ïîëíûé øóì-ôàêòîð NF äâóõ óñèëèòåëåé, õàðàêòåðèçóþùèõñÿ ñîîòâåòñòâåííî óñèëåíèåì
G1
è
G2
è øóì-ôàêòîðàìè
NF1
è
NF2 .
Øóì íà âûõîäå ïîñëå
äâóõ êàñêàäîâ çàïèñûâàåòñÿ â âèäå
PN out = hν∆ν ⋅ [NF1G 1G 2 + (NF2 − 1)G 2 ] ,
(8-5)
ãäå ó÷òåí êâàíòîâûé øóì âàêóóìà, êîòîðûé âîçíèêàåò òîëüêî íà âûõîäå öåïî÷êè óñèëèòåëåé, à ñèãíàë íà âûõîäå
PS out = G 1G 2 PS in , ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
(8-6)
207
îòêóäà ïîëíûé øóì-ôàêòîð ðàâåí
NF = NF1 + (NF2 − 1) G 1 .
(8-7)
Ëó÷øèé ñïîñîá ïîëó÷åíèÿ óñòðîéñòâà ñ íèçêîøóìÿùèìè õàðàêòåðèñòèêàìè, êàê è â ñëó÷àå ðàäèî÷àñòîòíûõ óñèëèòåëåé, ñîñòîèò â èñïîëüçîâàíèè íèçêîøóìÿùåãî óñèëèòåëÿ ñ áóëüøèì óñèëåíèåì â ïåðâîì êàñêàäå è øóìÿùåãî óñèëèòåëÿ âûñîêîé ìîùíîñòè âî âòîðîì êàñêàäå. Ïåðâûé êàñêàä îïðåäåëÿåò òàêæå øóìîâóþ õàðàêòåðèñòèêó ìíîãîêàñêàäíîãî óñèëèòåëÿ. Èçìåðåíèå øóì-ôàêòîðà îñíîâûâàåòñÿ íà èñïîëüçîâàíèè ôîðìóëû (8-4), ãäå G è ASE îïðåäåëÿþòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíî. Íà ðèñ. 8.5 ïîêàçàíà ñõåìà ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòàíîâêè [11].
Поляризатор Лазер с перестраиваемой длиной волны
Оптический спектральный анализатор
Ðèñ. 8.5. Ñõåìà ýêñïåðèìåíòàëüíîãî èçìåðåíèÿ êîýôôèöèåíòà øóìà EDFA
Ïðàêòè÷åñêîå çíà÷åíèå èìååò ìîùíîñòü óñèëåííîãî ñïîíòàííîãî èçëó÷åíèÿ, êîãäà íà âõîä EFDA ïîäàåòñÿ ïîëåçíûé ñèãíàë. Ïîýòîìó, èçìåðÿòü ASE ñëåäóåò èìåííî ïðè íàëè÷èè òàêîãî ñèãíàëà. Àíàëèçàòîðîì èçìåðÿåòñÿ ìîùíîñòü â îêíå ∆ν (íàïðèìåð, 100 ÌÃö, 50 ÌÃö èëè ìåíüøå) è ïðèâîäèòñÿ ê 1 Ãö. Ïîñêîëüêó âûõîäíîé ñèãíàë – ëèíåéíî ïîëÿðèçîâàí (ïîëÿðèçàöèÿ åãî ñîâïàäàåò ñ ïîëÿðèçàöèåé ñèãíàëà íà âõîäå îò ëàçåðà), òî ïîëÿðèçàòîð ìîæåò ïîëíîñòüþ óñòðàíèòü ýòó êîìïîíåíòó ïîëåçíîãî ñèãíàëà, ïðîïóñêàÿ øóì ASE ⊥ òîëüêî ñ íîðìàëüíîé ïîëÿðèçàöèåé, êîòîðàÿ èçìåðÿåòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíî (ïåðâîå èçìåðåíèå). Øóì â îòëè÷èå îò ïîëåçíîãî ñèãíàëà – íå ïîëÿðèçîâàí, ò. å. ASE II = ASE ⊥ . Ïîëíûé øóì
ASE = ASE II + ASE ⊥ = 2ASE ⊥
ó÷èòûâàåò âêëàäû îò äâóõ íîðìàëüíûõ ïîëÿðèçàöèé. Ïîëåç-
íûé ñèãíàë âû÷èñëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå
Pout = Ptot − ASE ⊥ ⋅ ∆ν .
Èçìåðåíèå
Ptot –
ïîëíîãî âûõîä-
íîãî ñèãíàëà – ïðîèñõîäèò, êîãäà îñü ïîëÿðèçàòîðà ñîâïàäàåò ñ íàïðàâëåíèåì ëèíåéíîé ïîëÿðèçàöèè ïîëåçíîãî ñèãíàëà (âòîðîå èçìåðåíèå). Çàòåì ïðè ïîìîùè àíàëèçàòîðà íåïîñðåäñòâåííî èçìåðÿåòñÿ ìîùíîñòü ñèãíàëà íà âõîäå Pin , òî åñòü ñèãíàë â îòñóòñòâèè óñèëèòåëÿ (òðåòüå èçìåðåíèå). Òåïåðü ïî ôîðìóëå (8-4) ìîæíî îïðåäåëèòü êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ G . Äëÿ ïðèìåðà â òàáë. 8.4 ïðèâåäåíû òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè äâóõ ïðîìûøëåííûõ ìîäåëåé îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé EDFA, âûïóñêàåìûõ èíñòèòóòîì Ðàäèîýëåêòðîíèêè ÐÀÍ (ã. Ôðÿçèíî) ñîâìåñòíî ñ çàðóáåæíûìè êîìïàíèÿìè IPG Laser, IP Fibre Devices è IPC – ãðóïïà IRE-POLUS [12].
208
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Òàáëèöà 8.4. Òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ìîäåëåé EDFA EAU-200 è EAU-350 [12] Ïàðàìåòðû
Ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå
Îáëàñòü ïðèìåíåíèÿ
Òèïè÷íîå çíà÷åíèå
Ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå
Àíàëîãîâûå è öèôðîâûå îïòè÷åñêèå ðàñïðåäåëåííûå ñåòè, ñèñòåìû DWDM
Îïòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè Çîíà óñèëåíèÿ, íì
1530
1570
Ìîùíîñòü íàñûùåíèÿ Pout sat ïðè (Pin= –3äÁì), äÁì: EAU-200 EAU-350 Êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ g ïðè ìàëîì âõîäíîì ñèãíàëå, äÁ (λ=1545íì)
23,0 25,5
23,5 26,0
42
Íåðàâíîìåðíîñòü êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ∆g â äèàïàçîíå 1553-1567 íì (Pin= –3 äÁì), äÁ
±0,3
Ïîëÿðèçàöèîííàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü íàñûùåííîãî âõîäíîãî ñèãíàëà, äÁ
0,2
Ìàêñèìàëüíûå çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíò øóìà nf â äèàïàçîíå 1545-1565 íì, äÁ ïðè Pin= –4 äÁì ïðè Pin= +4 äÁì
5,5 6,0
Ïîëÿðèçàöèîííàÿ ìîäîâàÿ äèñïåðñèÿ, ïñ
0,2
Îïòè÷åñêàÿ èçîëÿöèÿ âõîä/âûõîä, äÁ
50
Õàðàêòåðèñòèêè ôèçè÷åñêèõ èíòåðôåéñîâ âõîäà/âûõîäà Òèï âõîäíîãî/âûõîäíîãî âîëîêíà
SMF-28™
Òèï îïòè÷åñêèõ ñîåäèíèòåëåé
FC/PC, FC/SPC, FC/APC
Äëèíà pig-tail-à, ì
1,5
Ïàðàìåòðû ëàçåðà íàêà÷êè Íîìèíàëüíàÿ äëèíà âîëíû íàêà÷êè, íì
965
Ïîëîñà íàêà÷êè, ìêì
1x100
Âðåìÿ íàðàáîòêè íà îòêàç, ÷àñ
500000
1000000
5
7
Ýëåêòðè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè Ðàáî÷åå íàïðÿæåíèå,  (ïîñòîÿííûé òîê) Ïîòðåáëÿåìàÿ ìîùíîñòü ïðè 20
oC,
Âò
12
Îáùèå õàðàêòåðèñòèêè Ðàáî÷èé äèàïàçîí òåìïåðàòóð, oC
–30
+65
Òåìïåðàòóðà õðàíåíèÿ, oC
–30
+80
Âðåìÿ ïðîãðåâà äî ïîëíîé ñòàáèëèçàöèè, ìèí. Âëàæíîñòü, % Ðàçìåðû, ìì Âåñ, êã Äðóãèå òðåáîâàíèÿ è õàðàêòåðèñòèêè
3 0
95 115x21x165 0,3
Óäîâëåòâîðÿåò ñòàíäàðòó Bellcore
Êëàññèôèêàöèÿ óñèëèòåëåé EDFA ïî ñïîñîáàì ïðèìåíåíèÿ  çàâèñèìîñòè îò ïðèìåíåíèÿ, ðàçëè÷àþò ïðåäâàðèòåëüíûå óñèëèòåëè, ëèíåéíûå óñèëèòåëè è óñèëèòåëè ìîùíîñòè, (ðèñ. 8.6). Ïðåäâàðèòåëüíûå óñèëèòåëè (ïðåäóñèëèòåëè) óñòàíàâëèâàþòñÿ íåïîñðåäñòâåííî ïåðåä ïðèåìíèêîì ðåãåíåðàòîðà è ñïîñîáñòâóþò óâåëè÷åíèþ îòíîøåíèÿ ñèãíàë/øóì íà âûõîäå ýëåêòðîííîãî êàñêàäà óñèëåíèÿ â îïòîýëåêòðîííîì ïðèåìíèêå. Îïòè÷åñêèå ïðåäóñèëèòåëè
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
209
÷àñòî èñïîëüçóþòñÿ â êà÷åñòâå çàìåíû ñëîæíûõ è îáû÷íî äîðîãèõ êîãåðåíòíûõ îïòè÷åñêèõ ïðèåìíèêîâ. Ëèíåéíûå óñèëèòåëè óñòàíàâëèâàþòñÿ â ïðîìåæóòî÷íûõ òî÷êàõ ïðîòÿæåííûõ ëèíèé ñâÿçè ìåæäó ðåãåíåðàòîðàìè èëè íà âûõîäå îïòè÷åñêèõ ðàçâåòâèòåëåé ñ öåëüþ êîìïåíñàöèè îñëàáëåíèÿ ñèãíàëà, êîòîðîå ïðîèñõîäèò èç-çà çàòóõàíèÿ â îïòè÷åñêîì âîëîêíå èëè èç-çà ðàçâåòâëåíèÿ â îïòè÷åñêèõ ðàçâåòâèòåëÿõ, îòâåòâèòåëÿõ, ìóëüòèïëåêñîðàõ WDM. Ëèíåéíûå óñèëèòåëè çàìåíÿþò îïòîýëåêòðîííûå ïîâòîðèòåëè è ðåãåíåðàòîðû â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà íåò íåîáõîäèìîñòè â òî÷íîì âîññòàíîâëåíèè ñèãíàëà. Óñèëèòåëè ìîùíîñòè (áóñòåðû) óñòàíàâëèâàþòñÿ íåïîñðåäñòâåííî ïîñëå ëàçåðíûõ ïåðåäàò÷èêîâ è ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ äîïîëíèòåëüíîãî óñèëåíèÿ ñèãíàëà äî óðîâíÿ, êîòîðûé íå ìîæåò áûòü äîñòèãíóò íà îñíîâå ëàçåðíîãî äèîäà. Áóñòåðû ìîãóò òàêæå óñòàíàâëèâàòüñÿ ïåðåä îïòè÷åñêèì ðàçâåòâèòåëåì, íàïðèìåð, ïðè ïåðåäà÷å íèñõîäÿùåãî òðàôèêà â ãèáðèäíûõ âîëîêîííî-êîàêñèàëüíûõ ñèñòåìàõ êàáåëüíîãî òåëåâèäåíèÿ.
Оптический передатчик
Оптический приемник
Предусилитель Оптический передатчик
Оптический приемник
Линейный усилитель Оптический приемник
Оптический передатчик
Усилитель мощности
Ðèñ. 8.6. Ïðèìåíåíèå ðàçíûõ òèïîâ îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé
 òàáë. 8.5 óêàçàíà ñòåïåíü çíà÷èìîñòè ïàðàìåòðîâ EDFA â çàâèñèìîñòè îò òèïà óñèëèòåëÿ.
Òàáëèöà 8.5. Ñðàâíèòåëüíûé àíàëèç ïàðàìåòðîâ òðåõ òèïîâ EFDA Ïàðàìåòð
Ïðåäóñèëèòåëü
Ëèíåéíûé óñèëèòåëü
Óñèëèòåëü ìîùíîñòè
âûñîêèé *
ñðåäíèé
íèçêèé
Êîýôôèöèåíò øóìà NF
íèçêèé
ñðåäíèé *
íèçêèé
Ìîùíîñòü íàñûùåíèÿ Pout sut
íèçêàÿ
ñðåäíÿÿ
âûñîêàÿ *
Íåëèíåéíîñòü **
íèçêàÿ
íèçêàÿ
íèçêàÿ
Êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ G
Çîíà óñèëåíèÿ Îòêëîíåíèå îò ïëàòî ∆G
óçêàÿ
øèðîêàÿ
øèðîêàÿ
íå óêàçûâàåòñÿ
âûñîêàÿ ëèíåéíîñòü
âûñîêàÿ ëèíåéíîñòü
* óêàçàí íàèáîëåå çíà÷èìûé ïàðàìåòð; ** íåëèíåéíîñòü îõâàòûâàåò ñîâîêóïíîñòü õàðàêòåðèñòèê: çàâèñèìîñòü G îò Pin , ïîëÿðèçàöèîííóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü, PMD óñèëèòåëÿ, ïîïåðå÷íûå ïîìåõè ìåæäó êàíàëàìè
Ðàñ÷åò ÷èñëà êàñêàäîâ ëèíåéíûõ óñèëèòåëåé EDFA Íà ðèñ. 8.7 ïîêàçàíà òèïîâàÿ äèàãðàììà ìîùíîñòè ñèãíàëà â ïðîöåññå ðàñïðîñòðàíåíèÿ, à òàêæå ïðîöåññ íàêîïëåíèÿ øóìà â ëèíèè èç êàñêàäà óñèëèòåëåé EDFA. Êàæäûé óñèëèòåëü îñóùåñòâëÿåò óñèëåíèå ñèãíàëà (êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ g λ (äÁ) è âíîñèò îïðåäåëåííûé óðîâåíü øóìà
N 0 (λ )
( )
(Âò). Äàëåå áóäåì ïðåíåáðåãàòü ìîùíîñòüþ øóìà íóëåâûõ ôëóê-
òóàöèé.
210
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
40
10
35 30
0
25
-10
20
-20
15
-30
10
-40
5
-50
0
1
2 3 4 5 6 Количество усилителей EDFA
7
0
Отношение сигнал/шум SNR (дБ)
Оптическая мощность (дБм)
20
Обозначения: Мощность сигнала на канал Мощность спонтанного излучения (шума) на канал
Ðèñ. 8.7. Äèàãðàììû ìîùíîñòè â ìåæðåãåíåðàöèîííîé ëèíèè ñ êàñêàäîì óñèëèòåëåé EDFA Îáîçíà÷èì óäåëüíîå çàòóõàíèå â âîëîêíå α (äÁ/êì), òîãäà ïîëíîå çàòóõàíèå íà äëèíå L (êì) ñåãìåíòà ìåæäó EDFA ñîñòàâëÿåò αL . Íèæå ïðèâåäåíû îñíîâíûå ñîîòíîøåíèÿ, îïèñûâàþùèå ïðîöåññû çàòóõàíèÿ â ëèíèè è óñèëåíèå íà EDFA äëÿ ïîëåçíîãî ñèãíàëà è øóìà:
αL = 10 lg(Pout i −1 Pin i ) ,
g = 10 lg(Pout i Pin i ) ,
αL = 10 lg(N out i −1 N in i ) ,
N out i − N 0 , g = 10 lg N in i
ãäå ââåäåíû îáîçíà÷åíèÿ
Pin i , Pout i , N in i , N out i
(8-8) / (8-9)
(8-10) / (8-11)
ñîîòâåòñòâåííî äëÿ ìîùíîñòè âõîäíîãî è âû-
õîäíîãî ñèãíàëà, à òàêæå âõîäíîãî è âûõîäíîãî øóìà ïî îòíîøåíèþ ê óñèëèòåëþ i . Îïòè÷åñêèå óñèëèòåëè õàðàêòåðèçóþòñÿ îïðåäåëåííîé ìîùíîñòüþ íàñûùåíèÿ âûõîäíîãî ñèãíàëà Pout sat . Ýôôåêòèâíàÿ ðàáîòà óñèëèòåëÿ äîñòèãàåòñÿ ïðè òàêîì âõîäíîì ñèãíàëå, êîãäà âûõîäíîé ñèãíàë ñðàâíèì ñ ìîùíîñòüþ íàñûùåíèÿ (îáû÷íî íåìíîãî ïðåâîñõîäèò ìîùíîñòü íàñûùåíèÿ) – ïðè ìåíüøåì óðîâíå âõîäíîãî ñèãíàëà âîçðàñòàåò óäåëüíûé âåñ ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé âíîñèìîãî øóìà, à ïðè áîëüøåì óðîâíå âõîäíîãî ñèãíàëà (ñëåäîâàòåëüíî, è âõîäíîãî øóìà) ïðîèñõîäèò óñèëåíèå òîëüêî øóìà. Òàêèì îáðàçîì, â èäåàëüíî ñáàëàíñèðîâàííîé ëèíèè èç êàñêàäà óñèëèòåëåé Pout i −1 = Pout i = Pout sat . Îòñþäà αL = g . Òîãäà, ïðèðàâíèâàÿ ñîîòíîøåíèÿ (8-10) è (8-11), ïîëó÷àåì
N out i = N out i −1 + N 0 .
Ïðåíåáðåãàÿ óðîâíåì øóìà N out 0 â
âûõîäíîì ñèãíàëå îò ñòàðòîâîãî ðåãåíåðàòîðà, ò.å. ïîëîæèâ íàë/øóì íà âûõîäå k-ãî óñèëèòåëÿ íàõîäèì:
N out 0 = 0 ,
äëÿ îòíîøåíèÿ ñèã-
snrk = 10 lg(Pout sat N out k ) = 10 lg(Pout sat kN 0 ) äÁ.
È
îêîí÷àòåëüíî, åñëè ìîùíîñòü ñèãíàëà è øóìà óêàçàíà â äÁì, çàïèøåì ýòî ñîîòíîøåíèå â âèäå:
snrk = pout sat − n out − 10 lg k (äÁ), ãäå
n out = 10 lg N out = n out id ∆ν + nf = −134,1 + 10 lg ∆ν + g + nf
(äÁì), çíà÷åíèå
(8-12)
∆ν íóæíî
ïîä-
ñòàâëÿòü â Ãö. Êàê âèäíî èç (8-12), SNR ïàäàåò ñ ðîñòîì ÷èñëà êàñêàäîâ EDFA. Äîïóñòèìàÿ âåëè÷èíà SNR ñèëüíî çàâèñèò îò ñåòåâîãî/òåëåêîììóíèêàöèîííîãî ñòàíäàðòà. Ïî ýòîé ïðè÷èíå âûáîð îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé ñ òåìè èëè èíûìè ïàðàìåòðàìè, ðàâíî êàê è ðàñ÷åò ìàêñèìàëüíîãî ÷èñëà óñèëèòåëåé â ìåæðåãåíåðàöèîííîé ëèíèè è ìàêñèìàëüíîé ïðîòÿæåííîñòè ñåãìåíòîâ, äîëæíû ïðîâîäèòüñÿ ñòðîãî â ñîîòâåòñòâèè ñ ïëàíèðóåìûì ñåòåâûì ïðèëîæåíèåì. Íàïðèìåð, åñëè â ìóëüòèïëåêñíûõ êàíàëàõ îäíîâðåìåííî áóäóò èñïîëüçîâàòüñÿ ñåòåâûå ñòàíäàðòû:
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
211
ATM/STM-1, ATM/STM-4, Gigabit Ethernet, STM-16, òî äîñòàòî÷íî óäîâëåòâîðèòü ñàìîìó æåñòêîìó òðåáîâàíèþ íà SNR, èç íèõ, â äàííîì ñëó÷àå, ýòî – STM-16.
8.4. Îïòèìèçàöèÿ WDM/TDM  íàñòîÿùåå âðåìÿ íàëàæèâàåòñÿ èíäóñòðèàëüíîå ïðîèçâîäñòâî ìóëüòèïëåêñíûõ ñèñòåì ñèíõðîííîé öèôðîâîé èåðàðõèè SDH ñî ñêîðîñòÿìè ïåðåäà÷è íà êàíàë 2,5 Ãáèò/ñ è 1 0 Ãáèò/ñ.  ýòîé ñâÿçè èíòåðåñíî ñðàâíèòü äâà ðåøåíèÿ îäèíàêîâîé ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòè 80 ÃÃö íà îñíîâå ñèñòåì, ìóëüòèïëåêñèðóþùèõ ñîîòâåòñòâåííî 32 êàíàëà STM-16 è 8 êàíàëîâ STM-64. Ïðè îäíîì íåäîñòàòêå – íåâîçìîæíîñòè äàëüíåéøåãî íàðàùèâàíèÿ – ñèñòåìà 32 x STM-16 èìååò ðÿä ïðåèìóùåñòâ ïåðåä ñèñòåìîé 8 x STM-64: •
áóëüøàÿ ïðîòÿæåííîñòü ëèíèè;
•
áîëåå ãèáêèå âîçìîæíîñòè ïî íàðàùèâàíèþ è íàëè÷èå ðàçíîîáðàçíûõ òðèáíûõ èíòåðôåéñîâ (1,5/2/6/8/34/45/140 Ìáèò/ñ);
•
áîëüøåå ðàçíîîáðàçèå ñðåäè ñóùåñòâóþùèõ SDH àðõèòåêòóð;
•
ïðîùå ìèãðàöèÿ ê îïòè÷åñêîìó óðîâíþ.
Ïðîòÿæåííîñòü ëèíèè Ñîîòíîøåíèå ñèãíàë/øóì.  òàáë. 8.6 ïðèâåäåíû îñíîâíûå ïàðàìåòðû îïòè÷åñêèõ ñïåöèôèêàöèé äëÿ ñòàíäàðòîâ STM-16 è STM-64. Êàê âèäíî, ñèñòåìà STM-64 ïðåäúÿâëÿåò áîëåå âûñîêèå òðåáîâàíèÿ ê ñîîòíîøåíèþ ñèãíàë/øóì, ïðåâûøàÿ íà 5-10 äÁ ýòîò ïàðàìåòð äëÿ STM-16, ÷òî âåäåò ê ìåíüøåìó äîïóñòèìîìó ÷èñëó óñèëèòåëåé EDFA ìåæäó ðåãåíåðàòîðàìè STM-64.
Òàáëèöà 8.6. Îñíîâíûå ïàðàìåòðû îïòè÷åñêèõ ñïåöèôèêàöèé ñòàíäàðòîâ STM-16 è STM-64 [13] Ïàðàìåòðû
STM-16 (2,5 Ãáèò/ñ) STM-64 (10 Ãáèò/ñ)
Ìèíèìàëüíîå îòíîøåíèå ñèãíàë/øóì, äÁ
18-21
27-31
Äîïóñòèìàÿ äèñïåðñèÿ â êàáåëüíîé ñèñòåìå, ïñ/íì
10500
1600
íåò
< 400 êì
Îãðàíè÷åíèÿ èç-çà PMD
Õðîìàòè÷åñêàÿ äèñïåðñèÿ. STM-16 äîïóñêàåò çíà÷èòåëüíî áîëüøóþ äèñïåðñèþ ñèãíàëà â ëèíèè, ÷åì STM-64, ÷òî äàåò âûèãðûø êàê â ïðîòÿæåííîñòè ñåãìåíòîâ ìåæäó ïîñëåäîâàòåëüíûìè îïòè÷åñêèìè óñèëèòåëÿìè, òàê è â îáùåé ïðîòÿæåííîñòè ëèíèè ìåæäó ðåãåíåðàòîðàìè. Îãðàíè÷åíèÿ íà äëèíó, âîçíèêàþùèå èç-çà õðîìàòè÷åñêîé äèñïåðñèè, ïîêàçàíû â òàáë. 8.7 (äëÿ âîëîêîí SF è NZDSF âçÿòû çíà÷åíèÿ óäåëüíîé äèñïåðñèè 20 è 5,5 ïñ/(íì·êì), ñîîòâåòñòâåííî). Áëàãîäàðÿ ëèíåéíîñòè õðîìàòè÷åñêîé äèñïåðñèè, ìîæíî äîáèòüñÿ çíà÷èòåëüíîãî óâåëè÷åíèÿ äëèí, óêàçàííûõ â òàáëèöå, èñïîëüçóÿ âñòàâêè ôðàãìåíòîâ ÂÎÊ íà îñíîâå âîëîêíà ñ êîìïåíñèðóþùåé äèñïåðñèåé.
Òàáëèöà 8.7. Îãðàíè÷åíèå îáùåé ïðîòÿæåííîñòè èç-çà âëèÿíèÿ õðîìàòè÷åñêîé äèñïåðñèè Òèï âîëîêíà Ñòàíäàðòíîå îäíîìîäîâîå âîëîêíî SF, êì Îäíîìîäîâîå âîëîêíî ñ íåíóëåâîé ñìåùåííîé äèñïåðñèåé NZDSF, êì
STM-16
STM-64
525
80
1909
291
Ïîëÿðèçàöèîííàÿ ìîäîâàÿ äèñïåðñèÿ. Ïðîâåäåì îöåíêè âëèÿíèÿ PMD íà ïåðåäà÷ó êàíàëîâ STM-16 è STM-64.  ðàìêàõ ïðîìûøäåííûõ òðåáîâàíèé, PMD íå äîëæíà ïðåâûøàòü 1 10 áèòîâîãî èíòåðâàëà. Îòñþäà çíà÷åíèÿ íàêîïëåííîé ïîëÿðèçàöèîííîé ìîäîâîé äèñïåðñèè íå äîëæíû ïðåâûøàòü 40 ïñ è 10 ïñ äëÿ ëèíèé STM-16 è STM-64 ñîîòâåòñòâåííî. Âåëè÷èíà PMD ïî ïðîõîæäåíèþ ñâåòîì äëèíû
T– 212
L
îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå
óäåëüíàÿ ïîëÿðèçàöèîííàÿ ìîäîâàÿ äèñïåðñèÿ. Ïðè Ò= 0,5 ïñ/
км
τ pmd (L) = T ⋅ L ,
ãäå
(äëÿ âîëîêîí NZDSF – Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
TrueWave™ è SMF-LS™, ñì. òàáë. 2.7, ãë. 2) ïîëó÷àåì äëÿ ëèíèé STM-16 è STM-64 ïðåäåëüíûå ïðîòÿæåííîñòè ìåæäó ðåãåíåðàòîðàìè 6400 êì è 400 êì ñîîòâåòñòâåííî. Ïåðâîå îãðàíè÷åíèå òàê âåëèêî, ÷òî äåëî äî íåãî íå äîõîäèò. Çàìåòèì, ÷òî â îòëè÷èè îò õðîìàòè÷åñêîé äèñïåðñèè, ïîëÿðèçàöèîííàÿ ìîäîâàÿ äèñïåðñèÿ íå êîìïåíñèðóåòñÿ. Ïîýòîìó óìåíüøèòü ýòîò ïàðàìåòð ìîæíî òîëüêî èñïîëüçóÿ íîâûå âîëîêíà, íàïðèìåð NZDSF – LEAF™, äëÿ êîòîðîãî Ò ≤ 0,08 ïñ/ км . Íà ðèñ. 8.8 ïðèâåäåíû ãèïîòåòè÷åñêèå àðõèòåêòóðû ëèíèé äëÿ ñèñòåì 32 x STM-16 è 8 x STM-64, èìåþùèõ îäíó è òó æå ïîëíóþ äëèíó 496 êì. Êàê âèäíî, â ñëó÷àå 32 x STM-16 ñâÿçü ìåæäó äâóìÿ ðåãåíåðàòîðàìè ìîæíî ïîñòðîèòü òîëüêî íà îñíîâå ëèíåéíûõ îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé.  ñëó÷àå 8 x STM-64 òðåáóåòñÿ óñòàíîâèòü åùå äâà ïðîìåæóòî÷íûõ ðåãåíåðàòîðà, âäîáàâîê ê ýòîìó ñîêðàùàþòñÿ äëèíû ñåãìåíòîâ ìåæäó óñèëèòåëÿìè EDFA. DWDM демультиплексор
DWDM мультиплексор
STM-16
....
STM-16
STM-16
λ1
λ1 STM-16 λ2
λ2
Регенерация идет по каждому каналу отдельно
STM-16
λ 32
λ 32
Оптические усилители EDFA
....
а)
STM-16
б)
STM-64
λ2
λ2
λ8
λ8
STM-64 STM-64
STM-64
λ1
λ1
λ2
λ2
λ8
λ8
STM-64 STM-64
STM-64
λ1
λ1
λ2
λ2
λ8
λ8
STM-64 STM-64
....
λ1
....
....
STM-64
λ1
....
STM-64
STM-64
Ðèñ. 8.8. Ãèïîòåòè÷åñêèå àðõèòåêòóðû ìóëüòèïëåêñíûõ îïòè÷åñêèõ ëèíèé íà îñíîâå êàíàëîâ SDH äëèíîé 496 êì: à) ñèñòåìà 32 x STM-16; á) ñèñòåìà 8 x STM-64
Òðèáíûå èíòåðôåéñû Õîòÿ âîëîêíî îáåñïå÷èâàåò îãðîìíóþ ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ, êàíàëû äîñòóïà îáû÷íî ðàññ÷èòàíû íà ìåíüøóþ ñêîðîñòü. Òåðìèíàëû STM-64 ðàçðàáîòàíû äëÿ ñîçäàíèÿ ñòåðæíåâûõ ìàãèñòðàëåé è äîïóñêàþò ïîäêëþ÷åíèå ìåíåå ñêîðîñòíûõ ïîòîêîâ ñèíõðîííîé öèôðîâîé èåðàðõèè òîëüêî äâóõ òèïîâ: STM-4 è STM-16.  ñëó÷àå íåîáõîäèìîñòè îðãàíèçàöèè äîñòóïà ïî ìåíåå ñêîðîñòíûì êàíàëàì, íàïðèìåð íà îñíîâå STM-1 èëè íà îñíîâå òðèáíûõ èíòåðôåéñîâ ïëåçèîõðîííîé èåðàðõèè E1, E2, E3 è ò. ä., íàðÿäó ñ òåðìèíàëîì STM-64 ïîòðåáóåòñÿ äîïîëíèòåëüíûé îòäåëüíûé ñåòåâîé ýëåìåíò, êîòîðûé áóäåò ñâÿçûâàòüñÿ ñ òåðìèíàëîì STM-64 ïî êàíàëó STM-4 èëè STM-16.  òî æå âðåìÿ ñåòåâûå ýëåìåíòû íà êàíàëû STM-16 è áîëåå íèçêèå äîïóñêàþò ðåàëèçàöèþ ïðÿìîãî äîñòóïà.
Òàáëèöà 8.8. Äîïóñòèìûå íèçêîñêîðîñòíûå èíòåðôåéñû äëÿ òåðìèíàëîâ STM-16 è STM-64 Èíòåðôåéñû
STM-16
STM-64 (9953,280 Ìáèò/ñ)
Âîçìîæíîñòü ââîäà/âûâîäà êàíàëîâ
Äà
Íåò
–
Äà
STM-4 (622,488 Ìáèò/ñ)
Äà
Äà
STM-1 (155,520 Ìáèò/ñ)
Äà
Íåò
E3 (34,368 Ìáèò/ñ)
Äà
Íåò
E1 (2,048 Ìáèò/ñ)
Äà
Íåò
STM-16 (2488,320 Ìáèò/ñ)
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
213
Ñóùåñòâóþùèå àðõèòåêòóðû SDH Ñåòåâûå ýëåìåíòû àðõèòåêòóðû STM-64 ïîêà åùå íå íàñòîëüêî ðàçâèòû, ÷òîáû îðãàíè÷íî äîïîëíèòü ìåíüøèé ìàñøòàá èåðàðõèè STM-16.  Release 1.0 STM-64, â ÷àñòíîñòè íå âêëþ÷åíà òàêàÿ âîçìîæíîñòü, êàê ôîðìèðîâàíèå àðõèòåêòóðû ñ êîëüöåâîé òîïîëîãèåé. Èìåííî áîëüøîå ðàçíîîáðàçèå êîëüöåâûõ àðõèòåêòóð (îò îäíî-âîëîêîííîãî êîëüöà äî 4-âîëîêîííîãî äâîéíîãî êîëüöà) ÿâëÿåòñÿ îäíîé èç íàèáîëåå ñèëüíûõ ñòîðîí STM-16. Çàìåòèì, ÷òî èñïîëüçîâàíèå âîëíîâîãî ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ ïîçâîëÿåò ñòðîèòü ñìåøàííûå àðõèòåêòóðû íà îñíîâå êîëüöåâîé è ëèíåéíîé òîïîëîãèé â îäíîì è òîì æå âîëîêíå. Release 1.0 STM-64 äîïóñêàåò ðàçâåðòûâàíèå èñêëþ÷èòåëüíî ëèíåéíûõ ñèñòåì.
Ìèãðàöèÿ ê îïòè÷åñêîìó óðîâíþ Ïîñêîëüêó òðóäíî ïðåäñêàçûâàòü ïîòðåáíîñòè â ñåòÿõ è â ïîëîñå ïðîïóñêàíèÿ, òî ïðåèìóùåñòâà áóäóò èìåòü òå àðõèòåêòóðû, êîòîðûå äîïóñêàþò áîëåå ïëàâíîå íàðàùèâàíèå ñâîèõ ðåñóðñîâ â áîëåå øèðîêèõ ïðåäåëàõ. Ðàçâåðòûâàíèå ñèñòåìû 8 x STM-64 èìååò áîëüøîé øàã â 10 Ãáèò/ñ, â òî âðåìÿ, êàê ñèñòåìà 32 x STM-16 ìîæåò íàðàùèâàòüñÿ áîëåå ïëàâíî ñ øàãîì 2,5 Ãáèò/ñ. Êðîìå ýòîãî, ñåãìåíòèðîâàíèå òðàôèêà â áîëüøåå ÷èñëî âîëíîâûõ êàíàëîâ – WDM-ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå è ïîñëåäóþùàÿ èõ ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêàÿ êðîññêîììóòàöèÿ, à òàêæå ââîä-âûâîä – ïðåäñòàâëÿåòñÿ áîëåå ïðîñòûì ðåøåíèåì, ÷åì ïðåäâàðèòåëüíîå ýëåêòðîííîå àãðåãèðîâàíèå ïîòîêîâ STM-16 â ìåíüøåå ÷èñëî ïîòîêîâ STM-64 íà òåðìèíàëå SDH.
8.5. Îïòè÷åñêèå êîììóòàòîðû Îïòè÷åñêàÿ êîììóòàöèÿ ïðèíöèïèàëüíî îòëè÷àåòñÿ îò ìåõàíè÷åñêîé êîììóòàöèè ïîòîêîâ, êîòîðàÿ áûëà ðàññìîòðåíà â ï.3.6. Ïðè ìåõàíè÷åñêîé êîììóòàöèè âðåìÿ ñðàáàòûâàíèÿ ñîñòàâëÿåò äåñÿòêè ìñ (â ñðåäíåì îò 20 äî 50 ìñ). Ïðè îïòè÷åñêîé êîììóòàöèè âðåìÿ ñðàáàòûâàíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ïåðåõîäíûìè ïðîöåññàìè â ýëåêòðè÷åñêîé öåïè óïðàâëåíèÿ îïòè÷åñêîãî êîììóòàòîðà è îáû÷íî íà íåñêîëüêî ïîðÿäêîâ ìåíüøå. Îïòè÷åñêèé êîììóòàòîð – ýòî îäèí èç íàèáîëåå âàæíûõ ýëåìåíòîâ ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêîé ñåòè, áåç êîòîðîãî íåâîçìîæíî ñòðîèòü ìàñøòàáèðóåìûå àðõèòåêòóðû. Áîëüøèíñòâî îñíîâíûõ êîíñòðóêöèé îïòè÷åñêèõ êîììóòàòîðîâ äîëæíî èìåòü, ïî êðàéíåé ìåðå, äâà âûõîäà. Îñíîâíûìè ïàðàìåòðàìè êîììóòàòîðà ÿâëÿþòñÿ: ïåðåêðåñòíûå ïîìåõè, âíîñèìûå ïîìåõè, ñêîðîñòü ïåðåêëþ÷åíèÿ, óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå.  íàñòîÿùåå âðåìÿ èñïîëüçóþòñÿ ðàçíîîáðàçíûå òèïû îïòè÷åñêèõ êîììóòàòîðîâ – íàïðàâëåííûå îòâåòâèòåëè, ìîñòîâîé áàëàíñîâûé èíòåðôåðîìåòð è êîììóòàòîð íà ñêðåùèâàþùèõñÿ âîëíîâîäàõ.  îñíîâå ðàáîòû îïòè÷åñêîãî êîììóòàòîðà èñïîëüçóåòñÿ ëèíåéíûé ýëåêòðîîïòè÷åñêèé ýôôåêò Ïîêêåëüñà (Pockels), êîòîðûé çàêëþ÷àåòñÿ â èçìåíåíèè ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ ìàòåðèàëà ïðîïîðöèîíàëüíî íàïðÿæåííîñòè ïðèëîæåííîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ. Ýôôåêò Ïîêêåëüñà ìîæåò íàáëþäàòüñÿ òîëüêî â êðèñòàëëàõ, íå îáëàäàþùèõ öåíòðîì ñèììåòðèè. Óñòðîéñòâà ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ/äåìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ WDM, âîëíîâûå ôèëüòðû è îïòè÷åñêèå êîììóòàòîðû èìåþò îäíó îáùóþ äåòàëü – â îñíîâå èõ ðàáîòû ëåæàò â òîé èëè èíîé ñòåïåíè èíòåðôåðåíöèîííûå ýôôåêòû. Îñíîâíûå ïðèíöèïû ðàáîòû ëåã÷å ðàññìîòðåòü íà ïðîñòåéøåì ÷åòûðåõïîëþñíèêå – ðàçâåòâèòåëå-êîììóòàòîðå.
Ðàçâåòâèòåëü-êîììóòàòîð 2x2 (ýëåìåíò 2x2) Îáùàÿ ñõåìà ñïëàâíîãî ðàçâåòâèòåëÿ Õ-òèïà ïîêàçàíà íà ðèñ. 8.9 à. Èçëó÷åíèå, ââåäåííîå â îäèí âîëíîâîä, ïðîíèêàåò â äðóãîé çà ñ÷åò ïåðåêðûòèÿ ðåàêòèâíûõ ïîëåé äâóõ âîëíîâîäîâ. Ïîãîííûé êîýôôèöèåíò ñâÿçè k çàâèñèò îò ïàðàìåòðîâ âîëíîâîäà, äëèíû âîëíû λ è øèðèíû çàçîðà g ìåæäó âîëíîâîäàìè. Ðàçâåòâèòåëü õàðàêòåðèçóåòñÿ ðàçíîñòüþ ïîñòîÿííûõ ðàñïðîñòðàíåíèÿ äâóõ âîëíîâîäîâ
∆β = 2π (N1 − N 2 ) λ
, (ãäå
N–
ýôôåêòèâíûå ïîêàçàòåëè
ïðåëîìëåíèÿ) è äëèíîé L. Ïðèêëàäûâàÿ ýëåêòðè÷åñêîå íàïðÿæåíèå ê ýëåêòðîäàì, ðàñïîëîæåííûì ïî áîêàì èëè ñâåðõó è ñíèçó âîëíîâîäîâ, îáðàçóþùèõ òàê íàçûâàåìóþ ÿ÷åéêó Ïîêêåëüñà, ìîæíî ðåãóëèðîâàòü ôàçîâóþ ðàññòðîéêó çà ñ÷åò ëèíåéíîãî ýëåêòðîîïòè÷åñêîãî ýôôåêòà.
214
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
0
L
Модуляция интенсивности I0 / I1
1,0
x
V
0,75
0,50
kL= ð/ 2 0,25
0
а)
kL= 3ð/ 2
б)
0
1
2
3
4
∆βL ⁄π
Ðèñ. 8.9. Îáùàÿ ñõåìà è õàðàêòåðèñòèêà íàïðàâëåííîãî îòâåòâèòåëÿ à) íàïðàâëåííûé îòâåòâèòåëü-ïåðåêëþ÷àòåëü; á) ìîäóëÿöèîííàÿ õàðàêòåðèñòèêà íàïðàâëåííîãî îòâåòâèòåëÿ, äåéñòâóþùåãî êàê ïåðåêëþ÷àòåëü
Äàëåå ñëåäóåò ðåøèòü ñèñòåìó äâóõ êîìïëåêñíûõ äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé, îïèñûâàþùèõ âçàèìîñâÿçàííûå ìîäû [10]:
iR ′ = −δR + kS ,
iS′ = δS + kR ,
(8-13)/(8-14)
δ = ∆β 2 , R è S – êîìïëåêñíûå àìïëèòóäû âîëí â äâóõ âîëíîâîäàõ, øòðèõ – îçíà÷àåò ïðîèçâîäíóþ ïî x .  ÷àñòíîì ñëó÷àå, êîãäà òîëüêî â îäèí âîëíîâîä ââîäèòñÿ åäèíè÷íàÿ ìîùíîñòü, ò. å. R (0) = 1, S(0) = 0 , ìîæíî, ðåøàÿ óðàâíåíèÿ (8-13) è (8-14), îïðåäåëèòü ìîùãäå
S(L)
2
1 sin 2 kL 1 + (δ k ) 2 2 1 + (δ k )
]
íîñòü, ïåðåäàííóþ â äðóãîé âîëíîâîä, ò. å. âåëè÷èíó
, êîòîðàÿ òàêæå íîñèò íàçâàíèå
ýôôåêòèâíîñòü ïåðåäà÷è:
η=
[
12
(8-15)
 ñëó÷àå ïîëíîñòüþ ñèììåòðè÷íîé êîíñòðóêöèè íà îñíîâå äâóõ îäèíàêîâûõ âîëíîâîäîâ (ðèñ. 8.9 à) â îòñóòñòâèè íàïðÿæåíèÿ (δ
= 0)
ìû èìååì
η = sin 2 kL .
Ïîëíàÿ ïåðåäà÷à ìîùíî-
kL = (2n + 1) π 2 , ãäå n – öåëîå ÷èñëî, è ìèíèìàëüíàÿ äëèíà ïðè ýòîì áóâûðàæåíèåì L = π 2k .  ñèëó ïîëíîé ëèíåéíîñòè è îäíîðîäíîñòè ñèñòåìû
ñòè ïðîèñõîäèò ïðè äåò îïðåäåëÿòüñÿ
óðàâíåíèé (8-13) è (8-14), ëþáàÿ ëèíåéíàÿ êîìáèíàöèÿ äâóõ ðåøåíèé òàêæå áóäåò ðåøåíèåì. Äîáàâëÿÿ ñâîéñòâî ñèììåòðèè, ïîëó÷àåì, ÷òî ïðè óñëîâèÿõ (δ = 0 è L = π 2 k), ïîëíàÿ (êðîññîâàÿ) ïåðåäà÷à ìîùíîñòè áóäåò èìåòü ìåñòî äëÿ îáîèõ ñèãíàëîâ, âõîäÿùèõ â êàæäûé âîëíîâîä – ñèãíàëû äîëæíû áûòü îäíîé è òîé æå äëèíû âîëíû, à èìåííî òîé, äëÿ êîòîðîé ðàññ÷èòûâàëñÿ êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è k , è, ñîîòâåòñòâåííî, äëèíà ó÷àñòêà âçàèìîäåéñòâèÿ L . Çàìåòèì, ÷òî ïðè δ ≠ 0 ïîëíàÿ ïåðåäà÷à ìîùíîñòè íåâîçìîæíà íè ïðè êàêèõ çíà÷åíèÿõ kL . Ïàðàëëåëüíîå ïðîõîæäåíèå (η = 0) ìîæíî îáåñïå÷èòü çà ñ÷åò ïîäà÷è ýëåêòðè÷åñêîãî ïîòåíöèàëà, ââîäÿ ôàçîâóþ ðàññòðîéêó ñòðîéêè
∆β = 3π L.
∆β .
Ëåãêî îïðåäåëèòü âåëè÷èíó íåîáõîäèìîé ðàñ-
 îòñóòñòâèè íàïðÿæåíèÿ ýôôåêòèâíîñòü ñâÿçè ìåæäó âîëíîâîäàìè
êîììóòàòîðà ñîñòàâëÿåò 100% (îïòè÷åñêèå ñèãíàëû ïîëíîñòüþ êðîññèðóþòñÿ – âõîäÿò â îäèí âîëíîâîä, âûõîäÿò èç äðóãîãî), à ïðè ïîäà÷å íåîáõîäèìîãî íàïðÿæåíèÿ ýôôåêòèâíîñòü ñâÿçè óìåíüøàåòñÿ äî 0. Ïîñêîëüêó óðàâíåíèÿ (8-13) è (8-14) ëèíåéíû ïî îáîèì àðãóìåíòàì è îäÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
215
íîðîäíû, òî ñóïåðïîçèöèÿ ëþáûõ äâóõ, ÿâëÿþùèõñÿ ïî îòäåëüíîñòè ðåøåíèé, òàêæå áóäåò ðåøåíèåì. Òàêèì îáðàçîì, ðàçâåòâèòåëü-êîììóòàòîð 2 × 2 îñóùåñòâëÿåò êîììóòàöèþ áåç áëîêèðîâêè. Åùå îäíà ðåàëèçàöèÿ ðàçâåòâèòåëÿ-êîììóòàòîðà 2 × 2 , ñîñòîÿùàÿ èç äâóõ ïîñëåäîâàòåëüíûõ Õ-ðàçâåòâèòåëåé, ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 8.10. Îïòè÷åñêèå ñèãíàëû ïîñëå ïðîõîæäåíèÿ ïî ðàçíûì ïëå÷àì èíòåðôåðèðóþò âî âòîðîì ðàçâåòâèòåëå. Ïóòåì èçìåíåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà ýëåêòðîäàõ, îõâàòûâàþùèõ îäíî èç ïëå÷, ìîæíî ðåãóëèðîâàòü ðàçíîñòü ôàç ìåæäó ïðèõîäÿùèìè âî âòîðîé ðàçâåòâèòåëü ñèãíàëàìè è òåì ñàìûì âëèÿòü íà õàðàêòåð èíòåðôåðåíöèè.
V
Расщепление
Ячейка Поккельса
Интерференция
Ðèñ. 8.10. Äâóõïëå÷åâîé îïòè÷åñêîé ðàçâåòâèòåëü-êîììóòàòîð
Íàðÿäó ñ ýëåêòðîîïòè÷åñêèì ýôôåêòîì, äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ êîììóòàöèè òàêæå øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ àêóñòîîïòè÷åñêèé ýôôåêò, êîòîðûé ðàññìîòðåí â ðàáîòàõ [14, 15]. Èìååòñÿ ðÿä òåõíè÷åñêèõ ðåàëèçàöèé ïðîñòðàíñòâåííûõ êîììóòàòîðîâ 2 × 2 íà îñíîâå ïîëóïðîâîäíèêîâûõ îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé. Îïèñàíèå òàêèõ óñòðîéñòâ, à òàêæå áîëåå ñëîæíûõ ïðîèçâîäíûõ óñòðîéñòâ äëÿ ñîçäàíèÿ âðåìåííûõ çàäåðæåê ïðèâîäèòñÿ â ðàáîòàõ [16, 17].
Îïòè÷åñêèå êîììóòàòîðû nxn Íà îñíîâå ïðîñòûõ îïòè÷åñêèõ ðàçâåòâèòåëåé-êîììóòàòîðîâ 2 × 2 -ýëåìåíòîâ – ñòðîÿòñÿ áîëåå ñëîæíûå îïòè÷åñêèå êîììóòàòîðû n × n . Ïîñêîëüêó ñîñòàâíûå ýëåìåíòû 2 × 2 ïðèíèìàþò íà âõîäíûå ïîëþñû ñèãíàëû îäíîé è òîé æå äëèíû âîëíû, òî è âåñü êîììóòàòîð n × n èçãîòàâëèâàåòñÿ äëÿ ðàáîòû ñ ïîñòóïàþùèìè îïòè÷åñêèìè ñèãíàëàìè îäíîé è òîé æå çàäàííîé äëèíîé âîëíû. Äðóãèìè âàæíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè êîììóòàòîðà, êðîìå ðàáî÷åé äëèíû, ÿâëÿþòñÿ ìàêñèìàëüíûå âíîñèìûå ïîòåðè è ïîïåðå÷íûå ïîìåõè íà âûõîäíûõ ïîëþñàõ. Ïðåæäå ÷åì ïðèñòóïàòü ê ðàññìîòðåíèþ îáùèõ âîïðîñîâ ïîñòðîåíèÿ îïòè÷åñêèõ êîììóòàòîðîâ n × n è èõ îñîáåííîñòåé, ïðîàíàëèçèðóåì ðàáîòó íåêîòîðûõ ïðîñòûõ ìîäåëåé (ðèñ. 8.11). Ìàòðè÷íûé ñòðîãî íåáëîêèðóþùèé êîììóòàòîð 4 × 4 (ðèñ. 8.11 à) c 16 ýëåìåíòàìè ïðåäñòàâëÿåò ÷àñòíûé ñëó÷àé áîëåå îáùåãî ìàòðè÷íîãî êîììóòàòîðà. Çàìåòèì, ÷òî ÷èñëî ýëåìåíòîâ ìåæäó ðàçíûìè ïàðàìè âõîäíûõ è âûõîäíûõ ïîëþñîâ ìîæåò ìåíÿòüñÿ â ïðåäåëàõ îò ìèíèìàëüíîãî 1 (ýëåìåíò 1.1) äî ìàêñèìàëüíîãî 7 (ýëåìåíòû 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 3.4, 2.4, 1.4). Åñëè ó÷åñòü, ÷òî ïî ïðîõîæäåíèþ êàæäîãî ýëåìåíòà òåðÿåòñÿ äîëÿ ìîùíîñòè ïîëåçíîãî ñèãíàëà, à òàêæå âíîñèòñÿ øóì, òî â çàâåäîìî íåðàâíîì ïîëîæåíèè îêàçûâàþòñÿ ðàçëè÷íûå ïóòè, ñ ìàëûì è áîëüøèì ÷èñëîì ïðîìåæóòî÷íûõ ýëåìåíòîâ. Ñîåäèíåíèå ìåæäó ëþáûì âõîäíûì è âûõîäíûì ïîëþñîì âñåãäà ìîæíî óñòàíîâèòü íåçàâèñèìî îò òîãî, êàê ñêîììóòèðîâàíû îñòàâøèåñÿ ïàðû ïîëþñîâ, è íå âëèÿÿ íà èõ ñîåäèíåíèå (ñâîéñòâî ñòðîãîé íåáëîêèðóåìîñòè êîììóòàòîðà). Ïóòü ñîåäèíåíèÿ îäíîçíà÷íî îïðåäåëÿåòñÿ âõîäíûì è âûõîäíûì ïîëþñàìè. Êîììóòàòîð 4 × 4 (ðèñ. 8.11 á) c 6 ýëåìåíòàìè ïðåäñòàâëÿåò ïåðåñòðàèâàåìûé íåáëîêèðóþùèé êîììóòàòîð. Õîòÿ ÷èñëî ýëåìåíòîâ â ýòîì êîììóòàòîðå çíà÷èòåëüíî ìåíüøå, ÷åì â ìàòðè÷íîì 4 × 4 , îí ïîçâîëÿåò âñåãäà áåç áëîêèðîâêè óñòàíîâèòü 4 ñîåäèíåíèÿ äëÿ çàðàíåå çàäàííûõ ïàð âõîäíûõ-âûõîäíûõ ïîëþñîâ (1-i), (2-j), (3-k), (4-l), ãäå âûõîäíûå ïîëþñû (i, j, k, l) ïðåäñòàâëÿþò ëþáóþ ïåðåñòàíîâêó (1, 2, 3, 4). Ðàññìîòðèì òåïåðü ïðîöåññ ïîñëåäîâàòåëüíîãî óñòàíîâëåíèÿ ïàð ñîåäèíåíèé. Ïóñòü ñíà÷àëà áûëî óñòàíîâëåíî ñîåäèíåíèå âõ.1-âûõ.1 (11.1-1.2 -1.3-1), çàòåì ñîåäèíåíèå ìåæäó âõ.2 è âûõ.2 – ýòî ñîåäèíåíèå óñòàíàâëèâàåòñÿ åäèíñòâåííûì ïóòåì (2-1.1-2.2-1.3-2), è, íàêîíåö, ñîåäèíåíèÿ (4-2.1-2.2-2.3-4) è (3-2.1-1.22.3-3). Ïóñòü äàëåå ïðîèñõîäèò ðàçðûâ ñîåäèíåíèé âõ.1-âûõ.1 è âõ.4-âûõ.4, ò. å. ïîðòû âõ.1, 4 è âûõ. 1, 4 ñòàíîâÿòñÿ ñâîáîäíûìè (îñòàëüíûå ñîåäèíåíèÿ ïðîäîëæàþò äåéñòâîâàòü). È òåïåðü, âèäíî, ÷òî óñòàíîâëåíèå ñîåäèíåíèÿ ïîëþñîâ âõ.1 è âûõ.4. íåâîçìîæíî èç-çà áëîêèðîâ-
216
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
êè. Áëîêèðîâêó ìîæíî ñíÿòü òîëüêî ïóòåì äîïîëíèòåëüíîé ðåêîíñòðóêöèè óæå äåéñòâóþùèõ ñîåäèíåíèé. Выход
Вход
а)
1 2 3 4
1 2 3 4
Вход
б)
Оптический коммутационный элемент 2x2
Выход 1 2 3 4
1 2 3 4
Оптическое волокно
Выход 1
1
в)
Вход
. . .
. . .
32
32
Ðèñ. 8.11. Ìîäåëè îïòè÷åñêèõ êîììóòàòîðîâ: à) ìàòðè÷íûé êîììóòàòîð 4x4 (ñòðîãî íåáëîêèðóþùèé êîììóòàòîð, 16 ýëåìåíòîâ); á) êîììóòàòîð 4x4 (ïåðåñòðàèâàåìûé íåáëîêèðóþùèé êîììóòàòîð, 6 ýëåìåíòîâ); â) Delta êîììóòàòîð 32x32 (áëîêèðóþùèé, 90 ýëåìåíòîâ) Êîììóòàòîð 32 × 32 (ðèñ. 8.11 á) c 90 ýëåìåíòàìè ïðåäñòàâëÿåò áëîêèðóþùèé êîììóòàòîð òèïà Delta.  ýòîì êîììóòàòîðå ìîæíî óñòàíîâèòü ñîåäèíåíèå ìåæäó ëþáûì âõîäíûì è âûõîäíûì ïîëþñàìè. Îäíàêî â ñëó÷àå ïîïûòêè óñòàíîâëåíèÿ ìíîæåñòâåííûõ ñîåäèíåíèé âîçìîæíû áëîêèðîâêè, êîòîðûå â ïðèíöèïå íåâîçìîæíî óñòðàíèòü. Íàïðèìåð, íåëüçÿ îäíîâðåìåííî ïåðåäàòü ñèãíàëû, ïðèõîäÿùèå íà ïîëþñû 1, 2 è âûõîäÿùèå ÷åðåç ïîëþñû 31, 32. Áëîêèðîâêà ðàñïðîñòðàíÿåìûõ ñèãíàëîâ âîçíèêàåò óæå íà ó÷àñòêå ñâÿçè ìåæäó ýëåìåíòàìè 1.1 è 2.2.
Ñâåäåíèÿ èç òåîðèè êîììóòàöèè è îáùèé àíàëèç íåêîòîðûõ êîììóòàòîðîâ Ýëåìåíòîì 2 × 2 (îáîçíà÷åíèå
X 2, 2 ),
áóäåì íàçûâàòü ÷åòûðåõïîëþñíèê ñ äâóìÿ âõîäàìè
a, b è äâóìÿ âûõîäàìè c, d, êîòîðûé ìîæåò íàõîäèòüñÿ â îäíîì èç äâóõ ñîñòîÿíèé: ëèáî ñ ñîåäèíåíèÿìè a-c, b-d, ëèáî ñ ñîåäèíåíèÿìè a-d, b-c. Êîììóòàòîðîì n × n áóäåì îáîçíà÷àòü ãðàô, óçëàìè êîòîðîãî ÿâëÿþòñÿ ýëåìåíòû 2 × 2 , èìåþùèé n âõîäîâ è n âûõîäîâ, ïðè÷åì äëÿ ëþáîãî âõîäíîãî è âûõîäíîãî ïîëþñîâ ìîæíî ïîñòðîèòü ñîåäèíåíèå, ïðîõîäÿùåå ÷åðåç ñîîòâåòñòâóþùèå ýëåìåíòû êîììóòàòîðà. Îáîçíà÷èì ÷åðåç n C è n L ñîîòâåòñòâåííî ïîëíîå
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
217
÷èñëî ýëåìåíòîâ êîììóòàòîðà è ìàêñèìàëüíîå ÷èñëî ýëåìåíòîâ íà ïóòè ìåæäó âõîäíûì è âûõîäíûì ïîëþñàìè. Êîììóòàòîð íàçûâàåòñÿ ñòðîãî íåáëîêèðóþùèì (strictly non-blocking), åñëè äëÿ ëþáîé ñâîáîäíîé ïàðû âõîäíûõ-âûõîäíûõ ïîëþñîâ (i, k) è ïðè ëþáûõ ïðåäâàðèòåëüíî óñòàíîâëåííûõ ñîåäèíåíèÿõ äðóãèõ ïàð ïîëþñîâ âñåãäà ìîæíî ïîñòðîèòü ñîåäèíåíèå i-k, íå ïåðåñòðàèâàÿ (íå ðàçðûâàÿ) óæå ñóùåñòâóþùèå ñîåäèíåíèÿ. Ïðèìåðîì ñòðîãî íåáëîêèðóþùåãî êîììóòàòîðà ÿâëÿåòñÿ ìàòðè÷íûé êîììóòàòîð n × n , ó êîòîðîãî
n C = n 2 è n L = 2n − 1
(ðèñ. 8.12, òàáë. 8.9). Ñâîéñòâî ñòðîãîé íåáëîêèðóåìîñòè
ñ÷èòàåòñÿ îäíèì èç íàèáîëåå âàæíûõ ïðè îïòè÷åñêîé êîììóòàöèè. Äåëî â òîì, ÷òî ïðîöåäóðà èçáåæàíèÿ áëîêèðîâêè ïóòåì ïðåäâàðèòåëüíîãî ïîìåùåíèå â áóôåð ÿ÷åéêè èëè êàäðà, êàê ýòî äåëàåòñÿ â òðàäèöèîííûõ ñèñòåìàõ ýëåêòðîííîé êîììóòàöèè, âåñüìà çàòðóäíèòåëüíà â ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèõ ñåòÿõ. Ìàòðè÷íûìè êîììóòàòîðîì n × n ëåãêî óïðàâëÿòü, íàïðèìåð åñëè ñ÷èòàòü, ÷òî â îòñóòñòâèè íàïðÿæåíèÿ âñå ýëåìåíòû ñêðîññèðîâàíû (ðèñ. 8.12), òî äëÿ óñòàíîâëåíèÿ ñîåäèíåíèÿ i-k äîñòàòî÷íî ïîäàòü íàïðÿæåíèå íà ýëåìåíò i.k. Äî òåõ ïîð, ïîêà ñóùåñòâóåò ýòî ñîåäèíåíèå, âñå ýëåìåíòû â ñòðîêå i è ñòîëáöå k çà èñêëþ÷åíèåì i.k áóäóò îñòàâàòüñÿ áåç íàïðÿæåíèÿ, íåçàâèñèìî îò òîãî, êàê óñòàíàâëèâàþòñÿ äðóãèå ñîåäèíåíèÿ. Ïî ýòèì ïðè÷èíàì ìàòðè÷íûé êîììóòàòîð n × n ïðåäñòàâëÿåòñÿ îäíèì èç íàèáîëåå ýôôåêòèâíûõ ïðè ñîçäàíèè îïòè÷åñêèõ êîììóòàòîðîâ ñ íåáîëüøèì ÷èñëîì ïîðòîâ. Íåäîñòàòêîì ÿâëÿåòñÿ ñèëüíûé ðîñò çíà÷åíèé ïàðàìåòðîâ n C è n L ñ âîçðàñòàíèåì ÷èñëà âõîäíûõ ïîëþñîâ n .
Выходы 2
1
....
j
n
1.1
1.2
1.j
1.n
2.1
2.2
2.j
2.n
i.1
i.2
i.j
i.n
n.1
n.2
n.j
n.n
1 2
i
....
Входы
Элементы 2x2 (X 2,2 )
n
Ðèñ. 8.12. Ìàòðè÷íûé êîììóòàòîð n x n Êîììóòàòîð n × n íàçûâàåòñÿ áëîêèðóþùèì (blocking), åñëè ñóùåñòâóåò ïåðåñòàíîâêà ( i1 , i 2 , ..., i n ) ÷èñåë (1, 2, ..., n), äëÿ êîòîðîé íåâîçìîæíî íàéòè n âçàèìíî íåáëîêèðîâàííûõ ïóòåé, ñâÿçûâàþùèõ âõîäíûå è âûõîäíûå ïîëþñû ( 1, i1 ), ( 2, i 2 ), ( n , i n ). Íàèáîëåå èçâåñòíû òðè àëüòåðíàòèâíûõ òèïà áëîêèðóþùåãî êîììóòàòîðà: Delta
D n,2 ,
Banyan
Yn , 2
è Omega
Ω n,2 ,
(ðèñ. 8.13) [18, 19]. Äëÿ êîììóòàòîðà Delta ðåêóðñèâíîå îïðåäåëåíèå âûãëÿäèò òàê:
D 2, 2 = X 2, 2 ,
D n , 2 = X 2 , 2 × D n 2, 2 .
Àíàëèç êîììóòàòîðîâ Delta, Banyan è Omega ïîêàçûâàåò, ÷òî îíè èìåþò îäèíàêîâûå ïðåäåëüíî íèçêèå çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ n C è n L ñðåäè áëîêèðóþùèõ êîììóòàòîðîâ n × n (òàáë. 8.9), ÷òî îáåñïå÷èâàåò èì ñðàâíèòåëüíî íèçêóþ ñåáåñòîèìîñòü. Ýôôåêòèâíîñòü áëîêèðóþùèõ êîììóòàòîðîâ ñèëüíî ïàäàåò ñ ðîñòîì ÷èñëà âõîäíûõ êàíàëîâ. Êîììóòàòîð n × n íàçûâàåòñÿ ïåðåñòðàèâàåìûì íåáëîêèðóþùèì (rearrangeable nonblocking), åñëè äëÿ ëþáîé çàäàííîé ïåðåñòàíîâêè ( i1 , i 2 , ..., i n ) ÷èñåë (1, 2, ..., n), âñåãäà ìîæíî íàéòè n âçàèìíî íåáëîêèðîâàííûõ ïóòåé, ñâÿçûâàþùèõ âõîäíûå è âûõîäíûå ïîëþñû ( 1, i1 ), ( 2, i 2 ), ( n , i n ).  îáùåì ñëó÷àå, òàêèå ïóòè ïîëó÷àþòñÿ ñèëüíî âçàèìîñâÿçàííûìè. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ïåðåñòðàèâàåìûõ íåáëîêèðóþùèõ êîììóòàòîðîâ ìîæíî âñòðåòèòüñÿ ñ ñèòóàöèåé, 218
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
êîãäà äëÿ òîãî, ÷òîáû óäîâëåòâîðèòü î÷åðåäíîé ïðèõîäÿùèé çàïðîñ íà óñòàíîâêó ñîåäèíåíèÿ ìåæäó îïðåäåëåííûìè âõîäíûìè è âûõîäíûìè ïîëþñàìè, ìîæåò ïîòðåáîâàòüñÿ ïåðåñòðîéêà âíóòðåííåé ñòðóêòóðû äðóãèõ ñîåäèíåíèé. Dn,2
D16,2 X2,2 ....
Dn/2,2
X2,2 n ....
n
X2,2
Dn/2,2
....
а)
б)
Y16,2
Ω16,2
в)
г)
Ðèñ. 8.13. Áëîêèðóþùèå êîììóòàòîðû: à) ðåêóðñèâíîå îïðåäåëåíèå Delta êîììóòàòîðà; á) Delta êîììóòàòîð 16x16; â) Banyan êîììóòàòîð 16x16; ã) Omega êîììóòàòîð 16x16
Ïåðåñòðàèâàåìûé íåáëîêèðóþùèé êîììóòàòîð ìîæåò áûòü ïîñòðîåí ïóòåì ìîäåðíèçàöèè ðàññìîòðåííûõ áëîêèðóþùèõ êîììóòàòîðîâ. Íàïðèìåð, êîììóòàòîð Banyan ñ ïðåäøåñòâóþùèì Batcher ñîðòèðîâùèêîì ïîçâîëÿåò óñòðàíèòü áëîêèðîâêè [20]. Òàêîé óëó÷øåííûé êîììóòàòîð (Batcher + Banyan, S n × Yn , 2 ) âåñüìà ýôôåêòèâåí è øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ â òåõíîëîãèè ATM, ãäå êîììóòàöèÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ ïî èäåíòèôèêàöèîííûì ïîëÿì â çàãîëîâêå ÿ÷åéêè ATM. Îí èìååò çíà÷èòåëüíî ìåíüøåå ÷èñëî ýëåìåíòîâ (~ n log 2 ( n
2
) , ñì. òàáë. 8.9)
ïî ñðàâíå-
íèþ ñ ìàòðè÷íûì êîììóòàòîðîì. Batcher ñîðòèðîâùèê íå èñêëþ÷àåò âîçìîæíîñòü êîñâåííîãî èçìåíåíèÿ (ïåðåñòðàèâàíèÿ) ñóùåñòâóþùåãî ìàðøðóòà ïîä äåéñòâèåì ñèãíàëîâ, ïîñòóïàþùèõ íà äðóãèå ïîðòû. Êîììóòàòîðû S n × Yn , 2 ìîãóò íàéòè øèðîêîå ïðèìåíåíèå â ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèõ ñåòÿõ ñ êîììóòàöèåé ïàêåòîâ, îáðàáàòûâàÿ ïðèõîäÿùèå ïàêåòû àíàëîãè÷íî òîìó, êàê ATM êîììóòàòîð îáðàáàòûâàåò ÿ÷åéêè. Åùå îäèí ïðèìåð ïåðåñòðàèâàåìîãî íåáëîêèðóþùåãî êîììóòàòîðà – òàê íàçûâàåìûé Beneš êîììóòàòîð B n , 2 – ïîêàçàí íà ðèñ. 8.14 à. Êàê âèäíî, îí èìååò áîëüøîå ñõîäñòâî ñ Delta êîììóòàòîðîì, à åãî ðåêóðñèâíîå îïðåäåëåíèå çàïèñûâàåòñÿ â âèäå:
B 2 , 2 = X 2 , 2 , B n , 2 = X 2 , 2 × B n 2, 2 × X 2 , 2 . Íà îñíîâå êîììóòàòîðà (ðèñ. 8.14 á,
òàáë. 8.9),
K n , 2,m = X1,m × B n , 2 × X m,1 .
B n ,2
ñòðîèòñÿ ñòðîãî íåáëîêèðóþùèé Cantor êîììóòàòîð,
ðåêóðñèâíîå
îïðåäåëåíèå
Ìèíèìèçàöèÿ ïàðàìåòðîâ
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
nC
êîòîðîãî è
çàïèñûâàåòñÿ
n L äîñòèãàåòñÿ
ïðè
â
âèäå:
m = log 2 n .
219
Ïðè áîëüøèõ çíà÷åíèÿõ n – Cantor êîììóòàòîð áóäåò èìåòü ïðåèìóùåñòâî ïî ïàðàìåòðàì
nL
ïåðåä ìàòðè÷íûì êîììóòàòîðîì.
B n,2
K n,2,m
.... X 2,2
X m,1
B n/2,2
.... ....
X 1,m
....
....
б)
а)
....
n
B n/2,2
....
X 2,2
....
.... ....
....
....
n X 2,2
B n/2,2
X m,1
....
X 1,m
B n/2,2
....
X 2,2
....
X 2,2
X 2,2 n
X 2,2
....
X 1,m
....
X 2,2
....
B n/2,2
....
X 2,2 ....
X 2,2
....
è
nC
X m,1
Ðèñ. 8.14. Ïðèìåðû ïåðåñòðàèâàåìûõ íåáëîêèðóþùèõ êîììóòàòîðîâ: à) ðåêóðñèâíîå îïðåäåëåíèå Beneš êîììóòàòîðà; á) ðåêóðñèâíîå îïðåäåëåíèå Cantor êîììóòàòîðà
Òàáëèöà 8.9. Õàðàêòåðèñòèêè êîììóòàòîðîâ Íàçâàíèå êîììóòàòîðà
Ñèìâîëüíîå îáîçíà÷åíèå
Òèï êîììóòàòîðà
D n,2 *
Áëîêèðóþùèé
Banyan
Yn , 2
Áëîêèðóþùèé
Omega
Ω n ,2
Áëîêèðóþùèé
Delta
nC
nL
n log 2 n 2
log 2 n
S n × Yn , 2
Ïåðåñòðàèâàåìûé íåáëîêèðóþùèé
n log 2 n (3 + log 2 n ) 4
1 log 2 n (3 + log 2 n ) 2
Beneš
B n ,2
Ïåðåñòðàèâàåìûé íåáëîêèðóþùèé
n (2 log 2 n − 1) 2
2 log 2 n − 1
Cantor
K n , 2, m
Ñòðîãî íåáëîêèðóþùèé
X n,2
Ñòðîãî íåáëîêèðóþùèé
Batcher + Banyan
Crossbar
n (log 2 n ) + 2
3n 2 log 2 (log 2 n ) + log 2 n log 2 n − 2n 2 n2
2n − 1
* n – ÷èñëî âõîäíûõ/âûõîäíûõ ïîëþñîâ (2 õàðàêòåðèçóåò òèï ýëåìåíòà – 2x2)
220
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
n
8.6. Âîëíîâûå êîíâåðòåðû  ðàìêàõ êîíöåïöèè ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèõ ñåòåé âîëíîâîé êîíâåðòåð îñóùåñòâëÿåò ÷èñòî îïòè÷åñêîå ïðåîáðàçîâàíèå äëèíû âîëíû ïðèõîäÿùåãî ñèãíàëà â äðóãóþ äëèíó âîëíû. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ òàêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ, òàêæå èçâåñòíîãî êàê λ-êîíâåðñèÿ, îñíîâàí íà ýôôåêòàõ íåëèíåéíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ èñõîäíîãî îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà ñî ñïåöèàëüíûì ñèãíàëîì îò ëàçåðà íàêà÷êè, â ðåçóëüòàòå ÷åãî îáðàçóåòñÿ èçëó÷åíèå íîâîé äëèíû âîëíû. Ïðåîáðàçîâàíèå ïîëíîñòüþ ïðîçðà÷íî ïî îòíîøåíèþ ê ÷àñòîòå ìîäóëÿöèè è â îòëè÷èè îò îïòîýëåêòðîííûõ ïðåîáðàçîâàíèé íå âíîñèò çàäåðæêè è ñïîñîáíî ðàáîòàòü âïëîòü äî î÷åíü âûñîêèõ ÷àñòîò ìîäóëÿöèè (10 Ãáèò/c è âûøå).  ïåðñïåêòèâå îæèäàåòñÿ ïîÿâëåíèå âîëíîâûõ êîíâåðòåðîâ, îñóùåñòâëÿþùèõ îäíîâðåìåííî ïðåîáðàçîâàíèå äëèí âîëí ñðàçó íåñêîëüêèõ âõîäÿùèõ ñèãíàëîâ, ïðè÷åì â ïðåäåëàõ øèðîêîãî âîëíîâîãî äèàïàçîíà è ìàëûìè âíîñèìûìè øóìàìè. Îäèí èç ìåòîäîâ âîëíîâîé êîíâåðñèè îñíîâàí íà èñïîëüçîâàíèè ôåððîýëåêòðè÷åñêîãî êðèñòàëëà, âíóòðè êîòîðîãî ñîçäàþòñÿ óñëîâèÿ äëÿ íåëèíåéíîãî îïòè÷åñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ (ðèñ. 8.15 à). Ïåðèîäè÷åñêàÿ ñòðóêòóðà ñ ÷åðåäóþùåéñÿ ñìåíîé íàïðàâëåíèé ïîëÿðèçàöèé óâåëè÷èâàåò ýôôåêòèâíîñòü âîëíîâîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ. Ïðè îäíîâðåìåííîì ðàñïðîñòðàíåíèè âõîäíîãî ñèãíàëà è ñèãíàëà îò ëàçåðà íàêà÷êè ïðîèñõîäèò ãåíåðàöèÿ ñâåòà íà ÷àñòîòå, ðàâíîé ðàçíîñòè ÷àñòîòû âîëíû íàêà÷êè âõîäíîãî ñèãíàëà, ò.å. âûïîëíÿåòñÿ çàêîí ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè: 1 λ C = 1 λ P − 1 λ S . ( λS
Íà ðèñ. 8.15 á) ïîêàçàí ïðèìåð ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ïðîôèëåé ìîùíîñòè âõîäíîãî è âûõîäíîãî ( λ C = 1545 íì) ñèãíàëîâ ïðè äëèíå âîëíû íàêà÷êè λ P = 770 íì,
= 1536 íì)
ïîëó÷åííûõ ñ èñïîëüçîâàíèå òàêîé ïåðèîäè÷åñêîé ñòðóêòóðû. Îñíîâíûå òåõíè÷åñêèå ïàðàìåòðû ñèñòåìû: ìîùíîñòü ëàçåðà íàêà÷êè 10 ìÂò; äèàïàçîí äëèí âîëí ïåðåñòðàèâàíèÿ ëàçåðà íàêà÷êè – 100 íì; ïîëíàÿ äëèíà êðèñòàëëè÷åñêîé ñòðóêòóðû 10 ìì. 200
Λ
Реверсные домены
Длина волны накачки 770 нм
λP
λP λS
λS
λC
Длина волны накачки: Подложка на основе LiNbO3
150 Сигнал Преобразованный сигнал
100
50
λP
λS Преобразованная длина волны: λ C Длина волны исходного сигнала:
а)
Мощность, мкВт
Волновод
x 1000
0 1530
1535
б)
1540
1545
1550
Длина волны, нм
Ðèñ. 8.15. Ñõåìà è ïðîôèëè ìîùíîñòè âîëíîâîãî êîíâåðòåðà: à) ñõåìà âîëíîâîãî êîíâåðòåðà ñ ïåðèîäè÷åñêîé ôåððîýëåêòðè÷åñêîé ñòðóêòóðîé; á) ïðîôèëè ìîùíîñòè âõîäíîãî è âûõîäíîãî ñèãíàëîâ (ïî ìàòåðèàëàì ôèðìû OKI Electric Industry [21])
Äðóãîå ðåøåíèå ðåàëèçîâàíî â ðàáîòå [22].  êà÷åñòâå íåëèíåéíîé ñðåäû èñïîëüçóåòñÿ âîëîêíî ñ íóëåâîé ñìåùåííîé äèñïåðñèåé DSF äëèíîé 2 êì. Íåëèíåéíûé ýôôåêò, ïðèâîäÿùèé ê ãåíåðèðóþùåé íîâîé äëèíå âîëíû, îñíîâûâàåòñÿ íà ÷åòûðåõâîëíîâîì ñìåøåíèè, ïðè÷åì çàêîí ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè çàïèñûâàåòñÿ â âèäå: 2 λ P = 1 λ S + 1 λ C (èñïîëüçóþòñÿ ïðåæíèå îáîçíà÷åíèÿ). Ðàçóìååòñÿ, íàèáîëüøàÿ ýôôåêòèâíîñòü äîñòèãàåòñÿ â îêðåñòíîñòè òî÷êè íóëåâîé äèñïåðñèè, ãäå çíà÷èòåëüíî âîçðàñòàåò ñå÷åíèå ÷åòûðåõâîëíîâîãî ñìåøåíèÿ.  ñâÿçè ñ ýòèì äëèíó âîëíû ëàçåðà íàêà÷êè ñëåäóåò âûáèðàòü êàê ìîæíî áëèæå ê äëèíå âîëíû íóëåâîé äèñïåðñèè âîëîêíà DSF.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
221
8.7. Êëàññèôèêàöèÿ ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèõ ñåòåé Íàðàùèâàíèå åìêîñòè. Ïî ìåðå ðîñòà îáúåìà ïåðåäàâàåìîé èíôîðìàöèè ïî ñåòè ðàíî èëè ïîçäíî âîçíèêàåò çàäà÷à óâåëè÷åíèÿ åìêîñòè ñåòè. Ìåíåå òðóäîåìêîå íàðàùèâàíèå âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ñåòåé ïðîèñõîäèò ëèáî ïðè ïîìîùè çàìåíû êîììóòàòîðîâ â öåíòðàëüíûõ óçëàõ íà áîëåå ìîùíûå ýëåêòðîííûå óñòðîéñòâà, ðàññ÷èòàííûå íà ñêîðîñòü ïåðåäà÷è ïî âîëîêíó äî 1 Ãáèò/ñ, 2,5 Ãáèò/ñ èëè äî 10 Ãáèò/ñ è èìåþùèå ðàçëè÷íûå âàðèàöèè ìåõàíèçìà ïàêåòíîé êîììóòàöèè ATM/SDH, Gigabit Ethernet è ò.ä., ëèáî ïðè ïîìîùè ïðèâëå÷åíèÿ ðàíåå íå èñïîëüçóåìûõ ðåçåðâíûõ "òåìíûõ" âîëîêîí â ïðîëîæåííûõ ÂÎÊ. ×òî äåëàòü, åñëè áîëüøå íå îñòàëîñü "òåìíûõ" âîëîêîí? Îäèí èç ïóòåé – ïðîêëàäûâàòü íîâûå êàáåëè, íî òàêîå ðåøåíèå ìîæåò îêàçàòüñÿ î÷åíü äîðîãèì, íåóäîáíûì è íå âñåãäà áûñòðûì. Äðóãîé ïóòü – ïðèâëå÷åíèå îïòè÷åñêèõ òåõíîëîãèé è ïîñòðîåíèå ìàãèñòðàëåé íà îñíîâå òåõíîëîãèé ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèõ ñåòåé AON, ÷òî äåëàåò âîçìîæíûì çíà÷èòåëüíî ïîâûñèòü ýêîíîìè÷íîñòü, ãèáêîñòü è íàäåæíîñòü ñåòåé, è, ñàìîå ãëàâíîå – çíà÷èòåëüíî óâåëè÷èòü ïðîïóñêíóþ ñïîñîáíîñòü, íå ïåðåîáîðóäóÿ ñóùåñòâóþùèå êàáåëüíûå ñèñòåìû. Êàòåãîðèè AON. Âñå AON ìîæíî ðàçáèòü íà òðè îñíîâíûå êàòåãîðèè [23, 29]: ñåòè, èñïîëüçóþùèå ìíîãîâîëíîâûå (ìóëüòèïëåêñíûå) ëèíèè ñâÿçè, ñåòè ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ è ñåòè ñ êîììóòàöèåé ïàêåòîâ (òàáë. 8.10).
Òàáëèöà 8.10. Êëàññèôèêàöèÿ ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèõ ñåòåé AON Êàòåãîðèÿ ñåòè
Ïîäêàòåãîðèÿ
Õàðàêòåðèñòèêè
Ìíîãîâîëíîâàÿ ìóëüòèïëåêñíàÿ ëèíèÿ ñâÿçè
–
Ïîëíîñòüþ ïðîçðà÷íàÿ ïî îòíîøåíèþ ê îêîíå÷íûì óçëàì
Ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêàÿ ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ
Ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêàÿ ñ êîììóòàöèåé ïàêåòîâ
Øèðîêîâåùàòåëüíàÿ (ïàññèâíàÿ) ñåòü
Ïîëíîñòüþ ïðîçðà÷íàÿ
Ñåòü ñ ïàññèâíîé âîëíîâîé ìàðøðóòèçàöèåé
Ïîëíîñòüþ ïðîçðà÷íàÿ
Ñåòü ñ àêòèâíîé âîëíîâîé ìàðøðóòèçàöèåé
Ïîëíîñòüþ ïðîçðà÷íàÿ
Ñåòü ñ ïîñëåäîâàòåëüíîé áèòîâîé êîììóòàöèåé ïàêåòîâ
Ïðîçðà÷íàÿ ïðè èñïîëüçîâàíèè óñòàíîâëåííîãî ïðîòîêîëà
Ñåòü ñ ïàðàëëåëüíîé áèòîâîé êîììóòàöèåé ïàêåòîâ
Ïðîçðà÷íàÿ ïðè èñïîëüçîâàíèè óñòàíîâëåííîãî ïðîòîêîëà
Ïðîçðà÷íûå AON. Ïåðâûå äâå êàòåãîðèè AON èìåþò îäíó âàæíóþ õàðàêòåðèñòèêó – ïðîçðà÷íîñòü ñåòè ïî îòíîøåíèþ ê èñïîëüçóåìîìó ïðèëîæåíèþ. Ãëàâíûì ôàêòîðîì ïðîçðà÷íîé AON âûñòóïàåò ãèáêîñòü ïî îòíîøåíèþ ê èñïîëüçóåìûì êîíå÷íûìè óçëàìè ïðèëîæåíèÿì (ATM, FDDI, è ò.ä.). Îïòè÷åñêàÿ ïðîçðà÷íîñòü (ïåðåäà÷à îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà â ôîðìàòå ïðèëîæåíèÿ – êîä, ÷àñòîòà ìîäóëÿöèè) äîñòèãàåòñÿ ïî ëþáîìó èç îïòè÷åñêèõ WDM êàíàëîâ îò óçëà-èñòî÷íèêà äî óçëà-íàçíà÷åíèÿ áåç èñïîëüçîâàíèÿ îïòîýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâ ïðåîáðàçîâàíèÿ ñèãíàëà. Ñèãíàëüíûé ôîðìàò â ïðåäåëàõ êàæäîãî WDM êàíàëà ìîæåò áûòü âèðòóàëüíî ïðîèçâîëüíûì, îáåñïå÷èâàÿ ýêîíîìè÷íîñòü è ãèãàíòñêèé ïîòåíöèàë íàðàùèâàíèÿ. Êðîìå ÷èñòî ïàññèâíûõ êîìïîíåíòîâ (ìóëüòèïëåêñîðîâ, äåìóëüòèïëåêñîðîâ, îòâåòâèòåëåé), ïðîçðà÷íûå AON ìîãóò ñîäåðæàòü àêòèâíûå ýëåìåíòû, òàêèå êàê, êîíôèãóðèðóåìûå âîëíîâûå ìàðøðóòèçàòîðû, âîëíîâûå êîíâåðòåðû, îïòè÷åñêèå êîììóòàòîðû. Äàæå åñëè óïðàâëåíèå ýòèìè óñòðîéñòâàìè ýëåêòðîííîå, âåñü ïóòü ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñàìîãî ñèãíàëà îñòàåòñÿ îïòè÷åñêèì. Ýëåêòðîííûé êîíòðîëü òðåáóåò ìåíüøåé ïîëîñû (äîïóñòèìî ïîä óïðàâëåíèå âûäåëåíèå ñïåöèàëüíîãî îòäåëüíîãî êàíàëà) è èñïîëüçóåòñÿ, ãëàâíûì îáðàçîì, äëÿ ðåêîíôèãóðèðîâàíèÿ óçëîâ ñåòè, WDM êàíàëîâ, èçìåíåíèÿ ñòðóêòóðû ïîòîêîâ, óäîâëåòâîðÿÿ ðàçëè÷íûì òðåáîâàíèÿì ïîëüçîâàòåëåé. Îïòè÷åñêîå òåðìèíàëüíîå îáîðóäîâàíèå â ïðîçðà÷íîé AON â íàèáîëåå îáùåì ñëó÷àå ïðåäñòàâëÿþò: ïåðåñòðàèâàåìûå ëàçåðíûå ïåðåäàò÷èêè (tunable-laser transmitters) è/èëè ïåðåñòðàèâàåìûå ïîâîðîòíûå ôèëüòðû (tunable filters èëè heterodynes). Äâà îêîíå÷íûõ óçëà ñåòè ìîãóò óñòàíîâèòü êàíàë ñâÿçè ÷åðåç òàêóþ ñåòü ïîñðåäñòâîì íàñòðîéêè íà îïðåäåëåííûå äâå âîëíû (äëÿ ïðèåìà è ïåðåäà÷è), êîòîðûå èì ïðåäîñòàâëÿåò ñåòåâîé êîíòðîëëåð îïòè÷åñêîãî òåðìèíàëà, îáðàáîòàâ ñîîòâåòñòâóþùèé ïðåäâàðèòåëüíûé çàïðîñ. Ïîñëå óñòàíîâëåíèÿ ñî222
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
åäèíåíèÿ ìàãèñòðàëüíûé êàíàë ñòàíîâèòñÿ ïðîçðà÷íûì ïî îòíîøåíèþ ê èñïîëüçóåìîìó ïðèëîæåíèþ. Äîïóñêàåòñÿ áîëåå èíòåðåñíàÿ âîçìîæíîñòü, êîãäà ëþáàÿ ãðóïïà ïîëüçîâàòåëåé ìîæåò ïîëó÷èòü ñîîòâåòñòâóþùèé íàáîð äëèí âîëí îò ïðîçðà÷íîé AON è îðãàíèçîâàòü ñâîþ ñîáñòâåííóþ âèðòóàëüíóþ ñåòü. Êàæäûé ïîëüçîâàòåëü â ýòîé ñåòè ñïîñîáåí îòêðûòü îäíîâðåìåííî íåñêîëüêî ñåññèé. Òàêèì îáðàçîì, ïðîçðà÷íàÿ AON ïîòåíöèàëüíî îáëàäàåò î÷åíü áîãàòûìè âîçìîæíîñòÿìè îáúåäèíåíèÿ ïîëüçîâàòåëåé íà ëîêàëüíîì èëè ãëîáàëüíîì ìàñøòàáàõ ðàññòîÿíèé.
Ïðîñòàÿ ìíîãîâîëíîâàÿ ëèíèÿ ñâÿçè SMWL Ýòîò òèï ñåòè ïðåäñòàâëÿåò ïðîñòåéøèé ñïîñîá îðãàíèçàöèè àðõèòåêòóðû AON (äëÿ ïðîñòîòû óêàçàíî òîëüêî îäíî íàïðàâëåíèå ïåðåäà÷è äàííûõ, ðèñ. 8.16). Òàêîé êàíàë ñâÿçè ïîçâîëÿåò îðãàíèçîâàòü ìíîæåñòâî ñîåäèíåíèé "òî÷êà-òî÷êà" ìåæäó îäíîòèïíûìè óçëàìè, êîòîðûå îáùàþòñÿ íà âïîëíå îïðåäåëåííûõ, ïðåäíàçíà÷åííûõ èñêëþ÷èòåëüíî äëÿ íèõ, äëèíàõ âîëí. Ïðåèìóùåñòâàìè äàííîé ñåòè ÿâëÿþòñÿ: áîëüøàÿ ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ, îòâîäèìàÿ íà êàæäóþ ïàðó âçàèìîäåéñòâóþùèõ ìåæäó ñîáîé ïîëüçîâàòåëåé; âûñîêàÿ íàäåæíîñòü ñâÿçè âñëåäñòâèå ãàðàíòèðîâàííîé ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ (ïîä êàæäûé êàíàë îòâîäèòñÿ îòäåëüíàÿ äëèíà âîëíû); ïðîçðà÷íîñòü êàæäîãî êàíàëà ñåòè ïî îòíîøåíèþ ê âûáîðó ñåòåâîãî ïðèëîæåíèÿ (ATM, Gigabit Ethernet, SDH/PDH è ò.ä.) ìåæäó îêîíå÷íûìè óçëàìè. Íåäîñòàòêîì ÿâëÿåòñÿ íàëè÷èå æåñòêî çàôèêñèðîâàííûõ ñîåäèíåíèé ïî êàíàëàì.  íàñòîÿùåå âðåìÿ â ñåòÿõ êàáåëüíîãî òåëåâèäåíèÿ ïîëó÷èëè áîëüøîå ðàñïðîñòðàíåíèå ñèìïëåêñíûå ìíîãîâîëíîâûå ëèíèè ñâÿçè, â êîòîðûõ ïåðåäà÷à âåäåòñÿ òîëüêî â îäíîì íàïðàâëåíèè.
λ1 λ2
STM-16 λ N
λ 1 ATM/STM-4 λ2 Оптические усилители
DWDM мультиплексор
...
...
ATM/STM-4
λ N STM-16 DWDM демультиплексор
Ðèñ. 8.16. Ïðîñòàÿ ìíîãîâîëíîâàÿ ëèíèÿ ñâÿçè
Ìíîãîâîëíîâàÿ ëèíèÿ ñâÿçè íå ÿâëÿåòñÿ ïîëíîöåííîé ñåòüþ, ïîñêîëüêó íå ïîçâîëÿåò îñóùåñòâëÿòü ñîåäèíåíèÿ óäàëåííûõ óçëîâ ïî ïðèíöèïó "êàæäûé c êàæäûì". Îíà âûïîëíÿåò èñêëþ÷èòåëüíî ôóíêöèè òðàíñïîðòíîé ìàãèñòðàëè âûñîêîé åìêîñòè è ïîäîáíî ìàãèñòðàëÿì SDH îáåñïå÷èâàåò ñòàòè÷åñêîå ñîåäèíåíèå "òî÷êà-òî÷êà", òîëüêî ñ ÷àñòîòíûì ìóëüòèïëåêñèðîâàíèåì. Ìíîãîâîëíîâûå ëèíèè ñâÿçè ìîãóò íàõîäèòüñÿ â ñîñòàâå áîëåå ñëîæíûõ àðõèòåêòóð ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèõ ñåòåé.
Ïàðàìåòðû ìíîãîâîëíîâûõ ìóëüòèïëåêñíûõ ëèíèé ñâÿçè Òðè îñíîâíûå ÷åðòû ìàãèñòðàëüíîé ìíîãîâîëíîâîé ëèíèè ñâÿçè – âûñîêàÿ ÷àñòîòà ìîäóëÿöèè ñèãíàëîâ â êàíàëàõ (âûñîêàÿ áèòîâàÿ ñêîðîñòü), âûñîêàÿ ïëîòíîñòü ìóëüòèïëåêñíûõ êàíàëîâ è áîëüøèå ðàññòîÿíèÿ ñåãìåíòîâ – çàñòàâëÿþò áîëåå ñòðîãî ïîäõîäèòü ê òðåáîâàíèÿì ïî ïåðåäà÷å èíôîðìàöèè. Íàèáîëåå âàæíûå ôàêòîðû, îãðàíè÷èâàþùèå òåõíè÷åñêèå âîçìîæíîñòè îïòè÷åñêîé ëèíèè, ïðèâåäåíû íèæå [24]. Ñîîòíîøåíèå ñèãíàë/øóì. Äëÿ òîãî, ÷òîáû ïîääåðæèâàòü íåîáõîäèìîå ñîîòíîøåíèå ñèãíàë/øóì, ÷èñëî ïîñëåäîâàòåëüíûõ óçëîâ EDFA, âêëþ÷åííûõ â ñâåòîâîé ïóòü, äîëæíî áûòü îãðàíè÷åíî. Êàê áûëî ïîêàçàíî â ï. 8.3, îïòè÷åñêèå óñèëèòåëè EDFA âíîñÿò øóì, è ïðè áîëüøîì ÷èñëå ïîñëåäîâàòåëüíûõ ñîåäèíåíèé ìîãóò ïðèâîäèòü ê çíà÷èòåëüíîé äåãðàäàöèè ñèãíàëà. Ìîäåëèðîâàíèå áåç ó÷åòà âëèÿíèÿ äèñïåðñèè ñèãíàëà â âîëîêíå ïîêàçûâàåò, ÷òî ìàêñèìóì 18 êàñêàäîâ EDFA ìîæåò áûòü óñòàíîâëåíî ìåæäó ðåãåíåðàòîðàìè ïðè ñêîðîñòè ïåðåäà÷è 622 Ìáèò/ñ ñ ïðèåìëåìûì äëÿ ñòàíäàðòà STM-4 ñîîòíîøåíèåì ñèãíàë/øóì, âñåãî 11 óçëîâ ïðè ñêîðîñòè ïåðåäà÷è 2,5 Ãáèò/ñ ñ óäîâëåòâîðèòåëüíûì ñîîòíîøåíèåì ñèãíàë/øóì. Ðå-
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
223
àëüíîå ÷èñëî êàñêàäîâ EDFA èç-çà äèñïåðñèîííîé äåãðàäàöèè ñèãíàëà óìåíüøàåòñÿ ïðèìåðíî â äâà ðàçà. Ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ óñèëèòåëåé EDFA. Ïîñêîëüêó ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà EDFA â ðàáî÷åé îáëàñòè íå ïëîñêàÿ äàæå äëÿ ôòîð-öèðêîíàòíûõ EDFA, òî ðàçáðîñ â 2 äÁ îñòàåòñÿ ïðè êîýôôèöèåíòå óñèëåíèÿ 30 äÁ. Ïîñëå 50 êàñêàäîâ óñèëåíèé íà÷àëüíàÿ çîíà â 30 íì ñîêðàùàåòñÿ äî 10 íì. Ñ ýòîé òî÷êè çðåíèÿ æåëàòåëüíî äëÿ ïåðåäà÷è èñïîëüçîâàòü ïëîòíî ðàñïîëîæåííûå âîëíîâûå êàíàëû (DWDM) è â îáëàñòè íàèáîëüøåãî ïëàòî. Ïðè ïåðåäà÷å ìóëüòèïëåêñíîãî ñèãíàëà, ðàçìåùåííîãî â øèðîêîé çîíå EDFA, â ñëó÷àå áîëüøîãî ÷èñëà êàñêàäîâ, ìîãóò òðåáîâàòüñÿ ñïåöèàëüíûå ýêâàëàéçåðû, âíîñÿùèå çàòóõàíèå íà òåõ äëèíàõ âîëí, ñîîòâåòñòâóþùèå êàíàëû êîòîðûõ èñïûòûâàþò íàèáîëüøåå óñèëåíèå. Ïîïåðå÷íûå ïîìåõè. Ïîïåðå÷íûå ïîìåõè ìîãóò áûòü êàê ìåæçîííûìè, òàê è âíóòðèçîííûìè. Ìåæçîííûå ïîìåõè âîçíèêàþò ìåæäó äâóìÿ ðàçëè÷íûìè äëèíàìè âîëí è îáû÷íî íå íîñÿò êóìóëÿòèâíûé õàðàêòåð, ïîñêîëüêó ñóùåñòâóåò ìíîæåñòâî ôèëüòðîâ â ñåòè. Äëÿ èõ ïîäàâëåíèÿ äîñòàòî÷íî ïîñòàâèòü ñîîòâåòñòâóþùèé óçêîçîííûé ôèëüòð ïåðåä îïòè÷åñêèì ïðèåìíèêîì. Âíóòðèçîííûå ïîìåõè çíà÷èòåëüíî ñëîæíåå êîíòðîëèðîâàòü. Îíè ìîãóò íàêàïëèâàòüñÿ, è ïðîñòûì ñïîñîáîì èõ ïîäàâèòü íåâîçìîæíî. Àíàëèç ïîêàçûâàåò, ÷òî ÷óâñòâèòåëüíîñòü ôèëüòðà äîëæíà áûòü áîëåå, ÷åì íà 20 äÁ íèæå äëÿ ñîñåäíåé äëèíû âîëíû, ÷òîáû ìèíèìèçèðîâàòü ýôôåêò âíóòðèçîííûõ ïîìåõ. Âíóòðèçîííûå ïîìåõè ìîãóò âêëþ÷àòü êîãåðåíòíûå áèåíèÿ. Ïðè ðàñ÷åòå è ñîçäàíèè àðõèòåêòóð ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèõ ñåòåé ñëåäóåò îöåíèâàòü âêëàä îò âíóòðèçîííûõ ïîìåõ. Ïðîñòûå ôèëüòðû òèïà Ôàáðè-Ïåðî íå èìåþò äîñòàòî÷íî ðåçêîé ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèêè, ÷òîáû óìåíüøèòü âíóòðèçîííûå ïîïåðå÷íûå ïîìåõè. Ëèíåéíàÿ äèñïåðñèÿ âîëîêíà. Îñíîâíûì ôàêòîðîì ÿâëÿåòñÿ ñèñòåìàòè÷åñêîå íàêîïëåíèå õðîìàòè÷åñêîé äèñïåðñèè â îäíîìîäîâîì âîëîêíå, êîòîðàÿ äëÿ âîëîêíà òèïà NZDSF ìîæåò äîñòèãàòü 5-6 ïñ/íì â ðàñ÷åòå íà 1 êì. Ïîëíàÿ äîïóñòèìàÿ âåëè÷èíà äèñïåðñèè â îïòè÷åñêîì ñåãìåíòå ìåæäó ðåãåíåðàòîðàìè çàâèñèò îò ñòàíäàðòà. Íåëèíåéíàÿ äèñïåðñèÿ EDFA. Èñïîëüçîâàíèå îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé ïîçâîëÿåò êîìïåíñèðîâàòü ïîòåðè ìîùíîñòè â âîëîêíå, íî ýòî ñîçäàåò äîïîëíèòåëüíûå íåëèíåéíîñòè – õâîñòû â ñïåêòðàëüíîì ïðåäñòàâëåíèè ñèãíàëà (âîëíîâîãî ïàêåòà), íåñóùèå ìåíüøóþ ìîùíîñòü èñïûòûâàþò áîëüøåå óñèëåíèå ïî ñðàâíåíèþ ñ öåíòðàëüíîé ÷àñòüþ ïàêåòà, ïðèâîäÿ ê ïîÿâëåíèþ íåëèíåéíîé äèñïåðñèè. Óâåëè÷åíèå ïðîëåòîâ ìåæäó êàñêàäàìè EDFA, è, ñîîòâåòñòâåííî, óìåíüøåíèå ÷èñëà ñàìèõ êàñêàäîâ, ñíèæàåò íåëèíåéíóþ äèñïåðñèþ, íî óñèëåíèå áîëåå ñëàáîãî ñèãíàëà ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ ñîîòíîøåíèÿ ñèãíàë/øóì. Ïîëÿðèçàöèîííàÿ ìîäîâàÿ äèñïåðñèÿ (PMD). Ýòà äèñïåðñèÿ âîçíèêàåò â âîëîêíå èç-çà íåèäåàëüíîé öèðêóëÿðíîñòè ðåàëüíîãî âîëîêíà. Ïðàêòè÷åñêè PMD íà÷èíàåò âíîñèòü îãðàíè÷åíèå íà äëèíó áåçðåãåíåðàöèîííîãî ó÷àñòêà òîëüêî ïðè î÷åíü áîëüøîé ñêîðîñòè ïåðåäà÷è íà êàíàë (10 Ãáèò/ñ). Ïðè ýòîì ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå PMD â ëèíèè íå äîëæíî áûòü áîëüøå
1 10
îò áèòîâîãî èíòåðâàëà [25, 26]. PMD íåëèíåéíî çàâèñèò îò ðàññòîÿíèÿ
L
(êàê
L−1 2 ),
ïî-
ýòîìó ðàñòåò ìåäëåííåå ñ ðîñòîì ðàññòîÿíèÿ. Ñòèìóëèðîâàííîå Ðàìàíîâñêîå ðàññåÿíèå. Ýòîò íåëèíåéíûé ýôôåêò, òàêæå èçâåñòíûé êàê ñïîíòàííîå êîìáèíàöèîííîå ðàññåÿíèå, ñâÿçàí ñ ðàññåÿíèåì ñâåòà íà êîëåáàíèÿõ ïîëÿðèçîâàííûõ ìîëåêóë âîëîêíà. Ïîä äåéñòâèåì ñâåòà áîëüøîé èíòåíñèâíîñòè ïðîèñõîäèò ïîëÿðèçàöèÿ ñîâåðøàþùèõ òåïëîâûå êîëåáàíèÿ ìîëåêóë, ïðè ýòîì ñàì ïàäàþùèé ñâåò èñïûòûâàåò ðàññåÿíèå, òðàíñôîðìèðóÿ ÷àñòü ñâîåé ýíåðãèè êàê â òðàäèöèîííûé ðýëååâñêèé êîìïîíåíò (íà ÷àñòîòå ïàäàþùåãî ñâåòà ν ), òàê è â äâà áîêîâûõ íåëèíåéíûõ êîìïîíåíòà: ñòîêñîâûé (íà ÷àñ-
òîòå ν − δ ) è àíòèñòîêñîâûé (íà ÷àñòîòå
ν + δ ),
ãäå
δ–
÷àñòîòà êîëåáàíèé ìîëåêóë â âîëîêíå.
Èìåííî äâà íåëèíåéíûõ êîìïîíåíòà ïðèâîäÿò ê ïîïåðå÷íûì ïîìåõàì ìåæäó êàíàëàìè â ìóëüòèïëåêñíîì ñèãíàëå è, â êîíå÷íîì èòîãå, ê åãî äåãðàäàöèè. Èç-çà ýòîãî, â ÷àñòíîñòè ïðè ìîùíîñòè ïåðåäàò÷èêà 0 äÁì è ìåæêàíàëüíîì èíòåðâàëå 4 íì, òîëüêî 8 êàíàëîâ ìîæíî ìóëüòèïëåêñèðîâàòü ïðè ïðîòÿæåííîñòè ëèíèè 1000 êì, è òîëüêî 4 êàíàëà ïðè ïðîòÿæåííîñòè 8000 êì [27]. ×åòûðåõâîëíîâîå ñìåøåíèå FWM. Ïðèðîäà íåëèíåéíîãî ýôôåêòà FWM ñâÿçàíà ñ íàëè÷èåì ñëàáîé çàâèñèìîñòè ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ âîëîêíà îò èíòåíñèâíîñòè ðàñïðîñòðàíÿåìîãî ïî íåìó ñâåòà, â ðåçóëüòàòå ÷åãî èç äâóõ âîëí ñ ÷àñòîòàìè ν i , ν j ïîÿâëÿåòñÿ äâå íîâûå âîëíû ñ ÷àñòîòàìè
νk
è
νl ,
ïðè÷åì
νi + ν j = νk + νl ,
êàê òîãî òðåáóåò çàêîí ñîõðàíåíèÿ
ýíåðãèè. Ïðè ïîïàäàíèè íîâûõ âîëí â ñïåêòðàëüíûå îáëàñòè ñóùåñòâóþùèõ êàíàëîâ áóäóò èìåòü ìåñòî ïîïåðå÷íûå ïîìåõè ìåæäó êàíàëàìè. Âëèÿíèå ïîïåðå÷íûõ ïîìåõ èç-çà FWM óâåëè÷èâàåòñÿ ñ ïðèáëèæåíèåì õðîìàòè÷åñêîé äèñïåðñèè ê íóëþ è ìàêñèìàëüíî â îêðåñòíî-
224
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
ñòè òî÷êè íóëåâîé äèñïåðñèè. Íàèáîëåå ñèëüíî ïîäâåðæåíî âëèÿíèþ FWM âîëîêíî ñ íóëåâîé ñìåùåííîé äèñïåðñèåé DSF – äëèíà âîëíû íóëåâîé äèñïåðñèè ó ýòîãî âîëîêíà ïîïàäàåò â ðàáî÷óþ îáëàñòü óñèëåíèÿ EDFA. Èòàê, òåõíè÷åñêèå ïàðàìåòðû îïòè÷åñêèõ ñèñòåì – ïðîòÿæåííîñòü ñåãìåíòîâ, ÷èñëî ìóëüòèïëåêñíûõ êàíàëîâ â îäíîì âîëîêíå, èíòåðâàëû ìåæäó êàíàëàìè, áèòîâàÿ ñêîðîñòü è äð. – â áîëüøîé ñòåïåíè âçàèìîñâÿçàíû ìåæäó ñîáîé è çàâèñÿò îò ïåðå÷èñëåííûõ ôàêòîðîâ. Äëÿ óâåëè÷åíèÿ òðàíñïîðòíûõ ñâîéñòâ ñëåäóåò ðóêîâîäñòâîâàòüñÿ ñëåäóþùèìè êðèòåðèÿìè: •
óìåíüøàòü èíòåðâàëû ìåæäó êàíàëàìè (ïðè ýòîì íåîáõîäèìî ïðèíèìàòü âî âíèìàíèå, ÷òî â âîëîêíå DSF ñèëüíûå ïîïåðå÷íûå ïîìåõè â êàíàëàõ ìîãóò âîçíèêàòü èç-çà FWM ïî ìåðå ïðèáëèæåíèè ê òî÷êå íóëåâîé äèñïåðñèè);
•
ìèíèìèçèðîâàòü ÷èñëî äëèí âîëí ïðè ïðîòÿæåííûõ ïðîëåòàõ è áîëüøîì ÷èñëå êàñêàäîâ EDFA;
•
ñòðåìèòüñÿ íå äåëàòü î÷åíü áîëüøîé ìîùíîñòü ââîäèìîãî â âîëîêíî èçëó÷åíèÿ – â ïðîòèâíîì ñëó÷àå, âñå íåëèíåéíûå ýôôåêòû íà÷èíàþò ïðîÿâëÿòüñÿ îñîáåííî ñèëüíî (íîâîå âîëîêíî ôèðìû Corning LEAF ñ áîëüøèì äèàìåòðîì ìîäîâîãî ïîëÿ MFD ïîçâîëÿåò óìåíüøèòü âëèÿíèå íåëèíåéíûõ ýôôåêòîâ ïðè ñîõðàíåíèè ïðåæíåé ìîùíîñòè, ââîäèìîé â âîëîêíî, ïîñêîëüêó èíòåíñèâíîñòü èçëó÷åíèÿ íà åäèíèöó ïëîùàäè ñå÷åíèÿ ñåðäöåâèíû óìåíüøàåòñÿ;
•
èñïîëüçîâàòü îïòè÷åñêèå óñèëèòåëè ñ áîëüøîé ìîùíîñòüþ íàñûùåíèÿ;
•
ïî âîçìîæíîñòè, óìåíüøàòü ÷èñëî îïòè÷åñêèõ êîìïîíåíòîâ, âíîñÿùèõ ïîòåðè.
8.8. AON ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ Äâå ïåðâûå ïîäêàòåãîðèè AON ñ êîììóòàöèé êàíàëîâ (øèðîêîâåùàòåëüíûå ñåòè è ñåòè ñ ïàññèâíîé âîëíîâîé ìàðøðóòèçàöèåé) ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ïàññèâíûå ñåòè PON (passive optical network). PON – ýòî AON, èñïîëüçóþùàÿ òîëüêî ïàññèâíûå îïòè÷åñêèå êîìïîíåíòû: âîëîêíà, íàïðàâëåííûå îòâåòâèòåëè, ðàçâåòâèòåëè, âîëíîâûå ìóëüòèïëåêñîðû, è ôèëüòðû. Îñîáåííîñòüþ PON ÿâëÿåòñÿ íèçêàÿ öåíà, íèçêèå çàòðàòû íà ïîääåðæêó èëè ïîëíîå åå îòñóòñòâèå, à îñíîâíûå ñôåðû ïðèëîæåíèÿ – ýòî "âîëîêíî-â-äîì" (fiber-to-the-home) èëè "âîëîêíî-ïî-êðóãó" (fiber-in-the-loop). Òàêèì îáðàçîì, ýêîíîìè÷íîñòü è íèçêèå çàòðàòû íà ïîääåðæàíèå ñåòè (ôèëîñîôèÿ the "bury it and forget it") – ãëàâíûå öåëè òàêîé ñåòè, äàæå ïðè ïîíèæåíèè åå ïðîèçâîäèòåëüíîñòè. Ïðè ïîñòðîåíèè PON íå èñêëþ÷àåòñÿ ÷àñòè÷íàÿ, â îñíîâíîì äëÿ ïðåîäîëåíèÿ áîëüøèõ ðàññòîÿíèé, âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé EFDA, õîòÿ ïîñëåäíèå è íå ÿâëÿþòñÿ ÷èñòî ïàññèâíûìè êîìïîíåíòàìè.
Øèðîêîâåùàòåëüíàÿ AON Êàæäîìó óäàëåííîìó óçëó øèðîêîâåùàòåëüíîé AON îáû÷íî ïðèïèñûâàåòñÿ îïðåäåëåííàÿ äëèíà âîëíû, íà êîòîðîé óçåë âåäåò ïåðåäà÷ó. Ñèãíàëû ñî âñåõ óäàëåííûõ óçëîâ ñîáèðàþòñÿ â îïòè÷åñêîì çâåçäîîáðàçíîì ðàçâåòâèòåëå, ãäå îíè ñìåøèâàþòñÿ è ðàñïðåäåëÿþòñÿ ïî âûõîäíûì ïîëþñàì â âîëîêíà, èäóùèå îáðàòíî ê óäàëåííûì óçëàì, êàæäûé óçåë ïîëó÷àåò ìóëüòèïëåêñíûé ñèãíàë, ïðåäñòàâëåííûé âñåìè äëèíàìè âîëí, ðèñ. 8.17.
Узел 1
λ1 , . . ., λ N
Узел 2
λ1
λ1 , . . ., λ N λ2
λN Узел N
λ1 , . . ., λ N
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
...
Ðèñ. 8.17. Øèðîêîâåùàòåëüíàÿ AON
225
Ïðèìå÷àòåëüíî, ÷òî â êà÷åñòâå öåíòðàëüíûõ ýëåìåíòîâ ñåòè èñïîëüçóþòñÿ îäèí èëè íåñêîëüêî çâåçäîîáðàçíûõ ðàçâåòâèòåëåé, íå èìåþùèõ èçáèðàòåëüíîé ôóíêöèè ïî äëèíàì âîëí, êàê WDM. Êàæäûé óäàëåííûé óçåë ñàì îïðåäåëÿåò, êàíàë êàêîé äëèíû âîëíû èç ïðèíèìàåìîãî ìóëüòèïëåêñíîãî ïîòîêà âûáðàòü.  êà÷åñòâå ïðèåìíîãî ýëåìåíòà ìîæåò ñëóæèòü ëèáî ïåðåñòðàèâàåìûé â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðîòîêîëîì óïðàâëåíèÿ ôèëüòð ñ îäíèì ôîòîïðèåìíèêîì, ëèáî äåìóëüòèïëåêñîð WDM c ìíîæåñòâîì ôîòîïðèåìíèêîâ, ïîäêëþ÷åííûõ ê âûõîäíûì ïîëþñàì. Äâà ïðîåêòà-ïðîòîòèïà øèðîêîâåùàòåëüíûõ âû÷èñëèòåëüíîé AON ðåàëèçîâàíû ôèðìîé IBM: Rainbow-1 (1991 ãîä) è Rainbow-2 (1995 ãîä) [28]. Àðõèòåêòóðà Rainbow-1 – îõâàòûâàåò 32 óäàëåííûõ ñòàíöèè òèïà IBM PS/2. Ýëåêòðîííûå è îïòè÷åñêèå ñåòåâûå ýëåìåíòû âñòðîåíû â äâå ñòàíäàðòíûå Micro Channel êàðòû. Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè: •
êàæäàÿ ñòàíöèÿ îñíàùåíà ïåðåäàò÷èêîì ôèêñèðîâàííîé äëèíû âîëíû è ïðèåìíèêîì ñ ïåðåñòðàèâàåìîé äëèíîé âîëíû;
•
ïåðåäàâàåìûå äëèíû âîëí ëåæàò â äèàïàçîíå îò 1505 íì äî 1545 íì;
•
îïòîýëåêòðîííîìó ïðèåìíèêó ïðåäøåñòâóåò ôèëüòð Ôàáðè-Ïåðî ñ ïåðåñòðàèâàåìûì äèàïàçîíîì 50 íì. Ñêîðîñòü ïåðåñòðîéêè äëèíû âîëíû 10 ìêñ/íì, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ñðåäíåìó âðåìåíè íàñòðîéêè íà íóæíûé êàíàë 250 ìêñ;
•
ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äàííûõ 200 Ìáèò/ñ ïî ñòàíäàðòíîìó îäíîìîäîâîìó âîëîêíó SF 8/125. Ïðèíöèï ðàáîòû:
•
Åñëè ñòàíöèÿ A õî÷åò ïåðåäàòü èíôîðìàöèþ ñòàíöèè B, îíà ïîñòóïàåò ñëåäóþùèì îáðàçîì: 1. Íà÷èíàåò ïåðåäàâàòü çàïðîñ íà ðàçðåøåíèå ïåðåäà÷è äëÿ ñòàíöèè B. Ýòî – ïîâòîðÿþùàÿñÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü êîðîòêèõ ñîîáùåíèé è ñèãíàëà ñèíõðîíèçàöèè íà äëèíå âîëíû λ A . 2. Ïåðåñòðàèâàåò ñâîé ïðèåìíèê íà äëèíó âîëíû
λ B ñòàíöèè B.
•
Åñëè ñòàíöèÿ B çàíÿòà â ýòî âðåìÿ (íàïðèìåð, ïðèíèìàåò äàííûå îò òðåòüåé ñòàíöèè), òî ñòàíöèÿ A áóäåò ïðîäîëæàòü ïîñûëàòü çàïðîñû íà ðàçðåøåíèå ïåðåäà÷è äëÿ ñòàíöèè B.
•
Åñëè ñòàíöèÿ B ñâîáîäíà, îíà ïîñëåäîâàòåëüíî ïî öèêëó ñêàíèðóåò âåñü äèàïàçîí äëèí âîëí, ïðîâåðÿÿ íàëè÷èå çàïðîñîâ îò äðóãèõ ñòàíöèé, ïðåäíàçíà÷åííûõ åé.
•
Êîãäà ñòàíöèÿ B îáíàðóæèâàåò àäðåñîâàííûé åé çàïðîñ (â äàííîì ñëó÷àå çàïðîñ îò ñòàíöèè A), îíà ôèêñèðóåò ñâîé ïåðåñòðàèâàåìûé ôèëüòð íà äëèíå âîëíû λ A ýòîãî çàïðîñà, è ñðàçó æå ïîñûëàåò ïîäòâåðæäåíèå ñòàíöèè A. Ýòî ïðîèñõîäèò áûñòðî, òàê êàê ñòàíöèÿ B âñåãäà ïåðåäàåò íà ôèêñèðîâàííîé äëèíå âîëíû λ B , à ñòàíöèÿ A óæå íàñòðîèëà ñâîé ïðèåìíèê íà ýòó äëèíó âîëíû.
•
Ïîñëå ýòîãî îáå ñòàíöèè ìîãóò ñâîáîäíî îáìåíèâàòüñÿ äàííûìè, äî òåõ ïîð, ïîêà îíè íå ðåøàò ðàçîðâàòü ñîåäèíåíèå.
Àðõèòåêòóðà Rainbow-2 – ïðåäñòàâëÿåò ïðîòîòèï øèðîêîâåùàòåëüíîé ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêîé ñåòè ñëåäóþùåãî ïîêîëåíèÿ ïî îòíîøåíèþ ê Rainbow-1. Õîòÿ ïðèíöèïû ïîñòðîåíèÿ ñåòè îñòàëèñü ïðåæíèå, ïðàêòè÷åñêèå âîçìîæíîñòè àðõèòåêòóðû Rainbow-2 ñèëüíî âîçðîñëè: •
Rainbow-1 – ýòî ñåòü, îðèåíòèðîâàííàÿ íà âçàèìîäåéñòâèå ðàáî÷èõ ñòàíöèé â ïðåäåëàõ ËÂÑ. Rainbow-2 ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ âçàèìîäåéñòâèÿ ñóïåðêîìïüþòåðîâ è îðãàíèçàöèè áûñòðîãî äîñòóïà ê íèì;
•
åñëè Rainbow-1 áàçèðîâàëàñü íà óñòàíîâëåííûõ â PS/2 ñïåöèàëüíûõ àäàïòåðàõ Micro Channel, òî Rainbow-2 èñïîëüçóåò âíåøíèå ìîäóëè, êîòîðûå íàäåëåíû ðÿäîì ôóíêöèé äëÿ ðàçãðóçêè ïðîöåññîðîâ õîñò-êîìïüþòåðîâ;
•
â Rainbow-2 âîçðîñëà ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äàííûõ äî 1 Ãáèò/ñ â ðàñ÷åòå íà ñòàíöèþ ïðè äëèíàõ îïòè÷åñêèõ ñåãìåíòîâ äî 15 êì è ïðåæíåì ÷èñëå ðàáî÷èõ ñòàíöèé äî 32.
Äîïóñòèìà àëüòåðíàòèâíàÿ àðõèòåêòóðà øèðîêîâåùàòåëüíîé AON, â êîòîðîé óçëó ðàçðåøåíî ïðèíèìàòü ñèãíàë òîëüêî íà îäíîé ôèêñèðîâàííîé, ïðåäíàçíà÷åííîé òîëüêî äëÿ ýòîãî óçëà, äëèíå âîëíû, à ïåðåäàâàòü íà ðàçíûõ äëèíàõ âîëí, èñïîëüçóÿ ïåðåñòðàèâàåìûé ëà-
226
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
çåð [29]. Îáùèé ïðîòîêîë ðàáîòû òàêîé ñåòè áóäåò ñõîæ ñ ïðîòîêîëîì ñëó÷àéíîãî äîñòóïà CSMA. Ïîñêîëüêó öåíòðàëüíîé óçåë øèðîêîâåùàòåëüíîé AON è âñå îïòè÷åñêèå ñåãìåíòû ÿâëÿþòñÿ ÷èñòî ïàññèâíûìè ýëåìåíòàìè, òàêàÿ ñåòü èìååò î÷åíü âûñîêóþ íàäåæíîñòü.  òî æå âðåìÿ, øèðîêîâåùàòåëüíóþ AON íåâîçìîæíî èñïîëüçîâàòü â êà÷åñòâå ìàãèñòðàëåé äëÿ ãëîáàëüíûõ ñåòåé ïî äâóì ïðîáëåìàì. Âî-ïåðâûõ, ýíåðãèÿ ïåðåäàò÷èêà îò êàæäîãî óçëà ðàñïðåäåëÿåòñÿ ìåæäó âñåìè îñòàëüíûìè óçëàìè, â ðåçóëüòàòå ÷åãî áîëüøàÿ äîëÿ ýíåðãèè òðàòèòñÿ ïðè ðàçâåòâëåíèè âõîëîñòóþ. Ýòó ïðîáëåìó ìîæíî ðåøèòü ïðèâëå÷åíèåì îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé, õîòÿ ïðè ýòîì ñíèæàåòñÿ íàäåæíîñòü. Âî-âòîðûõ, êàæäûé óçåë øèðîêîâåùàòåëüíîé AON òðåáóåò èíäèâèäóàëüíîé äëèíû âîëíû, òàê ÷òî ïîëíîå ÷èñëî óçëîâ â ñåòè îãðàíè÷èâàåòñÿ ìàêñèìàëüíûì ÷èñëîì êàíàëîâ, êîòîðûå ìîæíî ìóëüòèïëåêñèðîâàòü â îäíî âîëîêíî. Òåîðåòè÷åñêèé ïðåäåë ÷èñëà ðàçëè÷íûõ äëèí âîëí, êîòîðûå ìîæíî ìóëüòèïëåêñèðîâàòü â îòäåëüíîå âîëîêíî ñ èñïîëüçîâàíèåì òåõíèêè ïëîòíîãî âîëíîâîãî ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ DWDM ñîñòàâëÿåò ïîðÿäêà 200. Äàëåå, åñëè äàæå äîïóñòèòü, ÷òî äëÿ ïåðåäà÷è èñïîëüçóåòñÿ 20 âîëîêîí, òî ìîæíî îáúåäèíèòü ïîðÿäêà 4000 óçëîâ, ÷òî êàòàñòðîôè÷åñêè ìàëî äëÿ ïîñòðîåíèÿ åäèíîé èíôîðìàöèîííîé ìàãèñòðàëè íà Çåìëå. Ïðèíöèïèàëüíàÿ íåâîçìîæíîñòü ïîñòðîåíèÿ ìàñøòàáèðóåìûõ àðõèòåêòóð øèðîêîâåùàòåëüíûõ ñåòåé îãðàíè÷èâàåò èõ ñôåðó ïðèìåíåíèÿ ëîêàëüíûì ìàñøòàáîì.
AON ñ ïàññèâíîé âîëíîâîé ìàðøðóòèçàöèåé ×àñòè÷íî îáå ïðîáëåìû ìîãóò áûòü ðåøåíû íà îñíîâå AON ñ ïàññèâíîé âîëíîâîé ìàðøðóòèçàöèåé, ðèñ. 8.18.  òàêîé ñåòè ñèãíàë îïðåäåëåííîé äëèíû âîëíû ìîæåò ïåðåíàïðàâëÿòüñÿ (ñòàòè÷åñêè ìàðøðóòèçèðîâàòüñÿ) â óçåë íàçíà÷åíèÿ ÷åðåç ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ïðîìåæóòî÷íûõ óçëîâ âìåñòî òîãî, ÷òîáû øèðîêîâåùàòåëüíî ðàñïðåäåëÿòüñÿ ìåæäó âñåìè îêîíå÷íûìè óçëàìè ñåòè. Ýòî ïîçâîëÿåò ýêîíîìèòü ýíåðãèþ îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà èç-çà îòñóòñòâèÿ ðàçâåòâèòåëåé è äîïóñêàåò îäíîâðåìåííîå èñïîëüçîâàíèå ñèãíàëîâ, ïðåäñòàâëåííûõ îäíîé è òîé æå äëèíîé âîëíû â ðàçíûõ íåïåðåêðûâàþùèõñÿ ÷àñòÿõ ñåòè.
Узел 3 Узел 2
λ1
λ2
Узел 4
λ1 λ1
Узел 1
Узел 5
λ2 λ1
Узел N
...
Ðèñ. 8.18. AON ñ ïàññèâíîé âîëíîâîé ìàðøðóòèçàöèåé
Ïðîìåæóòî÷íûìè óçëàìè ñåòè ñ ïàññèâíîé âîëíîâîé ìàðøðóòèçàöèåé ÿâëÿþòñÿ ñòàòè÷åñêèå ìàðøðóòèçàòîðû, âûïîëíåííûå ïðåèìóùåñòâåííî íà îñíîâå WDM ìóëüòèïëåêñîðîâ.
AON ñ àêòèâíîé âîëíîâîé ìàðøðóòèçàöèåé Äàëüíåéøåå íàðàùèâàíèå ñåòè ñâÿçàíî ñ ïåðåõîäîì îò ñòàòè÷åñêîé ê äèíàìè÷åñêîé ìàðøðóòèçàöèè. Ìàðøðóòèçàöèÿ íà óçëàõ ñòàíîâèòñÿ àêòèâíîé è äîïóñêàåò äèñòàíöèîííîå êîíôèãóðèðîâàíèå. Äèíàìè÷åñêàÿ ìàðøðóòèçàöèÿ, ïðåæäå âñåãî, ïðåäïîëàãàåò èñïîëüçîâàíèå îïòè÷åñêèõ êîììóòàòîðîâ.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
227
Íà ðèñ. 8.19 ïîêàçàí ïðèìåð ìíîãîóðîâíåâîé àðõèòåêòóðû ñåòè AON ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ, â êîòîðîé íà óðîâíå ãðóïï ðåàëèçîâàíà øèðîêîâåùàòåëüíàÿ AON, íå âûõîäÿùàÿ çà ïðåäåëû ãðóïïû (äëÿ ýòîé öåëè âûäåëÿþòñÿ îïðåäåëåííûå äëèíû âîëí, â ðàçíûõ ãðóïïàõ ëîêàëüíî ìîæíî èñïîëüçîâàòü îäèí è òîò æå íàáîð äëèí âîëí), íà áîëåå âûñîêîì óðîâíå (óðîâíÿõ) ðåàëèçóåòñÿ ñåòü ñ äèíàìè÷åñêîé âîëíîâîé ìàðøðóòèçàöèåé.
λ3
λ2 λ1
Ðèñ. 8.19. Ïðèìåð àðõèòåêòóðû AON ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ
Âîëíîâàÿ êîíâåðñèÿ. Áåçóñëîâíî, äèíàìè÷åñêàÿ ìàðøðóòèçàöèÿ â AON ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ ïðåäîñòàâëÿåò áóëüøóþ ãèáêîñòü. Îäíàêî äëÿ äîñòèæåíèÿ ìàêñèìóìà ìàñøòàáèðóåìîñòè, íàðÿäó ñ àêòèâíîé âîëíîâîé ìàðøðóòèçàöèåé, äîëæíà áûòü ðåàëèçîâàíà âîëíîâàÿ êîíâåðñèÿ, êîòîðàÿ ïîçâîëÿåò óñòàíîâèòü ñîåäèíåíèå ìåæäó âîëíîâûìè êàíàëàìè, ïðåäñòàâëåííûìè ðàçíûìè äëèíàìè âîëí. Âîëíîâàÿ êîíâåðñèÿ òàêæå ïîçâîëÿåò íàèáîëåå ýôôåêòèâíî èñïîëüçîâàòü ïðåäîñòàâëåííîå îãðàíè÷åííîå ÷èñëî âîëíîâûõ êàíàëîâ. Çäåñü ìîæíî ïðîâåñòè àíàëîãèþ ñ òåõíîëîãèåé ATM, ãäå äîïóñêàåòñÿ îäíîâðåìåííîå èñïîëüçîâàíèå ðàçíûìè ATMêîììóòàòîðàìè îäíèõ è òåõ æå çíà÷åíèé èäåíòèôèêàòîðîâ âèðòóàëüíûõ êàíàëîâ VCI (Virtual Circuit Identifier). Ïðåèìóùåñòâî âîëíîâîé êîíâåðñèè ìîæíî ïðîäåìîíñòðèðîâàòü íà óïðîùåííîì ïðèìåðå ñåòè, â êîòîðîé ìóëüòèïëåêñíûå ñèãíàëû â êàæäîì âîëîêíå ïðåäñòàâëåíû ìàêñèìóì äâóìÿ êàíàëàìè, ðèñ. 8.20. Áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî âñå îêîíå÷íûå óçëû (ñòàíöèè) ìîãóò ïåðåäàâàòü èëè ïðèíèìàòü ñèãíàëû íà ëþáîé èç äâóõ äëèí âîëí, à ìàðøðóòèçàòîðû, íå ìåíÿÿ äëèíû âîëíû, ìîãóò ïî òðåáîâàíèþ ïåðåíàïðàâëÿòü êàíàë â ëþáîì äîñòóïíîì íàïðàâëåíèè ñ îäíèì óñëîâèåì, ÷òî ïðè ýòîì íå âîçíèêàåò áëîêèðîâêè â âûõîäíîì ñåãìåíòå. Ïåðâûé ýòàï (ðèñ. 8.20 á). Ñòàíöèÿ A íà÷èíàåò âåñòè ïåðåäà÷ó äëÿ ñòàíöèè E (íà äëèíå âîëíû λ 1 ). Äàëåå ïåðåäà÷ó íà÷èíàåò ñòàíöèÿ D äëÿ ñòàíöèè H. Äëèíà âîëíû ýòîé ïåðåäà÷è ìîæåò áûòü òîëüêî
λ 2 , òàê êàê â ñåãìåíòå S 2
êàíàë ñ äëèíîé âîëíû λ 1 óæå ïðåäñòàâëåí.
Âòîðîé ýòàï (ðèñ. 8.20 á). Ñòàðòóþò ïåðåäà÷è îò B ê Ñ è îò F ê G. Äëèíû âîëí ýòèõ ïåðåäà÷ îïðåäåëÿþòñÿ îäíîçíà÷íî. Òðåòèé ýòàï (ðèñ. 8.20 â). Ïðåêðàùàþòñÿ ïåðåäà÷è îò A ê E è îò D ê H, ïîñëå ÷åãî ñòàíöèÿ A æåëàåò ïåðåäàâàòü äëÿ ñòàíöèè H. Áåç âîëíîâîé ìàðøðóòèçàöèè, ò. å. èñïîëüçóÿ òîëüêî îäíî äëèíó âîëíû ( λ 1 èëè λ 2 ), ýòî ñäåëàòü íåâîçìîæíî, íå âîçìóùàÿ äðóãèå ïåðåäà÷è – âîçíèêàåò áëîêèðîâêà ëèáî íà ó÷àñòêå
S2 ,
ëèáî íà
S1 .
Åñëè æå äîïóñêàåòñÿ îáùåå ðåêîíôèãó-
ðèðîâàíèå, òî ìîæíî ïðåäâàðèòåëüíî ïåðåñòðîèòü äëèíó âîëíû ïåðåäà÷è ìåæäó F è G ñ λ 1 íà λ 2 , ïîñëå ÷åãî íà÷àòü ïåðåäà÷ó îò A ê H íà äëèíå âîëíû λ 1 (ñðàâíèòå ñ ïåðåñòðàèâàåìûìè íåáëîêèðóþùèìè êîììóòàòîðàìè, ï. 8.5). Îäíàêî ïåðåñòðàèâàòüñÿ ñ îäíîé äëèíû âîëíû íà äðóãóþ âî âðåìÿ ïåðåäà÷è âåñüìà íåóäîáíî – ïðè íåïðåðûâíîì ïîòîêå äàííûõ ýòî ìîæåò âåñòè ê ïîòåðå èíôîðìàöèè. Âîëíîâîé êîíâåðòåð ïðåäîñòàâëÿåò çíà÷èòåëüíî áîëåå ãèáêîå ðåøåíèå, ðèñ. 8.20 ã .
228
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
λ2
λ1
S1
S2
S3
а) A
B
C
D
E
F
λ2
A
C
D
E
F
λ2
A
C
D
λ1
E λ1
F
B
G
H
G
H
λ2
λ2
λ2
A
H
λ1
B
г)
G
λ1
B
в)
H
λ2
λ1
б)
G
λ1
C
D
E
F
Ðèñ. 8.20. AON ñ äèíàìè÷åñêîé âîëíîâîé ìàðøðóòèçàöèåé: à)-â) îãðàíè÷åíèÿ, âîçíèêàþùèå â ñåòè áåç âîëíîâîé êîíâåðñèè; ã) âîëíîâàÿ êîíâåðñèÿ äåëàåò ñåòü áîëåå ãèáêîé
1000
100
10
1
0,1 10
ня я ве р х
и ца г ран
я еск а си ей ет ич к он в е р Теор н ов о й л о в с С еть ии онверс новой к л о в з е Сеть б
Компьютерное моделирование для сети с волновой маршрутизацией
Волновая эффективность =
Êðîìå óâåëè÷åíèÿ ãèáêîñòè ñåòè, íàëè÷èå âîëíîâîé êîíâåðñèè âåäåò ê ðîñòó âîëíîâîé ýôôåêòèâíîñòè (ðèñ. 8.21), ïîêàçûâàþùåé êàêîå ìàêñèìàëüíîå ÷èñëî ðàçëè÷íûõ ïàð ñîåäèíåíèé â ñðåäíåì ïðèõîäèòñÿ íà îäíó äëèíó âîëíû [29].
Широковещательная сеть (с селекцией по принимаемым длинам волн)
100
1000
Количество узлов степени 4
Ðèñ. 8.21. AON ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ. Ñðàâíåíèå ýôôåêòèâíîñòåé øèðîêîâåùàòåëüíûõ AON è AON c âîëíîâîé ìàðøðóòèçàöèåé
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
229
Ïðèìåð ñåòè ñ öåíòðàëüíûì óçëîì íà îñíîâå âîëíîâûõ êîíâåðòåðîâ ïîêàçàí íà ðèñ. 8.22. Êàæäûé óçåë ïåðåäàåò ñèãíàë íà ôèêñèðîâàííîé äëèíå âîëíû, à òàêæå ïðèíèìàåò ñèãíàë íà ôèêñèðîâàííîé, èíäèâèäóàëüíîé (óñòàíîâëåííîé äëÿ äàííîãî óçëà) äëèíå âîëíû. Âûáîð äëèíû âîëíû ïåðåäà÷è óäàëåííîé ñòàíöèè – íå ïðèíöèïèàëåí. Òàê, â ÷àñòíîñòè, âñå ñòàíöèè ìîãóò ïåðåäàâàòü íà îäíîé è òîé æå äëèíå âîëíû. Öåíòðàëüíûé óçåë êîììóòàöèè ïðèíèìàåò îïòè÷åñêèå ñèãíàëû îò âñåõ óäàëåííûõ óçëîâ è êîíâåðòèðóåò èõ â ñèãíàëû äðóãèõ äëèí âîëí â ñîîòâåòñòâèè ñ èíñòðóêöèÿìè îò óïðàâëÿþùåãî êîìïüþòåðà. Çâåçäîîáðàçíûé êîìáàéíåð-ðàçâåòâèòåëü ñìåøèâàåò ñèãíàëû ðàçíûõ äëèí âîëí è ðàñïðåäåëÿåò ïî âñåì âûõîäíûì ïîëþñàì. Ëîãè÷åñêîìó ñîåäèíåíèþ ìåæäó äâóìÿ óäàëåííûìè óçëàìè ïðåäøåñòâóåò íàñòðîéêà ñîîòâåòñòâóþùèõ âîëíîâûõ êîíâåðòåðîâ. Åñëè óçåë C æåëàåò ïåðåäàòü ñîîáùåíèå äëÿ óçëà A, òî âûïîëíÿåòñÿ ñëåäóþùàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü äåéñòâèé: •
óçåë C ðàçìåùàåò ñïåöèàëüíûé çàïðîñ äëÿ ðàçðåøåíèÿ ïåðåäà÷è äëÿ óçëà A, êîòîðûé îáðàáàòûâàåòñÿ óïðàâëÿþùèì êîìïüþòåðîì;
•
åñëè óçåë íàçíà÷åíèÿ (A) ñâîáîäåí, óïðàâëÿþùèé êîìïüþòåð îáìåíèâàåòñÿ ñîîáùåíèÿìè ñ ýòèì óçëîì, ïîëó÷àÿ ïîäòâåðæäåíèå î òîì, ÷òî óçåë A ãîòîâ óñòàíîâèòü ñîåäèíåíèå;
•
åñëè âñå â ïîðÿäêå, óïðàâëÿþùèé êîìïüþòåð ñîîáùàåò óçëó C, ÷òî áóäåò óñòàíîâëåíî ñîåäèíåíèå ñ óçëîì A;
•
óïðàâëÿþùèé êîìïüþòåð óñòàíàâëèâàåò ñîåäèíåíèå ìåæäó óçëàìè A è C.
Ãëàâíûé íåäîñòàòîê ýòîãî ïîäõîäà – îòíîñèòåëüíî äëèòåëüíûé ïðîöåññ óñòàíîâëåíèÿ ñîåäèíåíèÿ.  ýòîì ñìûñëå, âðåìÿ óñòàíîâëåíèÿ ñîåäèíåíèÿ â ðàíåå ðàññìîòðåííûõ ïðîòîòèïàõ ñåòåé Rainbow-1/2, ñâÿçàííîå ñ ïåðåñòðîéêîé ôèëüòðà, çíà÷èòåëüíî ìåíüøå.  òî æå âðåìÿ, ïðèâåäåííûé ïðèìåð ñåòè ñ öåíòðàëüíûì ýëåìåíòîì, èìååò íåñêîëüêî ñèëüíûõ ñòîðîí: •
î÷åíü ïðîñòîé öåíòðàëèçîâàííûé êîíòðîëü. Íåò ïðîáëåìû, ñâÿçàííîé ñ ðàçðåøåíèåì êîëëèçèé;
•
âîçìîæíî èñïîëüçîâàíèå îäíîé è òîé æå ðåïåðíîé ÷àñòîòû äëÿ âñåõ ïåðåäàò÷èêîâ, ÷òî îçíà÷àåò ïîòåíöèàëüíóþ äîïóñòèìîñòü áîëåå ïëîòíîé óïàêîâêè âîëíîâûõ êàíàëîâ; õîòÿ â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ ïðèåìíèêàì ìîæåò è ïîíàäîáèòüñÿ ñòàáèëèçàöèÿ;
•
ãëàâíîå ïðåèìóùåñòâî ðàññìîòðåííîé öåíòðàëèçîâàííîé ñåòè â òîì, ÷òî îíà (ïðè î÷åíü áîëüøèõ ñêîðîñòÿõ ïåðåäà÷è – 1 Ãáèò/ñ è áîëåå) äîëæíà áûòü çíà÷èòåëüíî íèæå ïî öåíå, ÷åì ñåòü ñ ÷èñòî ýëåêòðîííûì êîììóòàòîðîì â öåíòðàëüíîì óçëå. Волновые конвертеры
λ0
Управляющий компьютер
λ0 λ0 λ0
Пассивный звездообразный комбайнер-разветвитель
λ1 λ2 λ3... λ1 λ2 λ3... λ1 λ2 λ3... λ1 λ2 λ3...
Узел A
Узел B
Узел C
λ1
λ2
λ3
Ðèñ. 8.22. AON ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ: öåíòðàëüíûé óçåë ñåòè âûïîëíåí íà îñíîâå âîëíîâûõ êîíâåðòåðîâ
230
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
8.9. AON ñ êîììóòàöèåé ïàêåòîâ Ðàññìîòðåííûå â ïðåäûäóùåì ïàðàãðàôå ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèå ñåòè ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ ïîçâîëÿþò ñòðîèòü îïòè÷åñêèå ìàãèñòðàëè, ïðîçðà÷íûå ê èñïîëüçîâàíèþ ëþáûõ ïðèëîæåíèé ñî ñòîðîíû îêîíå÷íûõ ñåòåâûõ óçëîâ. Íî íàðÿäó ñ ýòèì äîñòîèíñòâîì, îòìå÷àåòñÿ è îäèí èõ íåäîñòàòîê – ñåòè ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ íå ìîãóò ðàáîòàòü ñ "âçðûâíûì òðàôèêîì" îò ëîêàëüíûõ ñåòåé ïåðåäà÷è äàííûõ.  ýòîé ñâÿçè âíåäðåíèå ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèõ ñåòåé ñ êîììóòàöèåé ïàêåòîâ áûëî áû èäåàëüíûì, ïîñêîëüêó îíè ïîçâîëÿþò çíà÷èòåëüíî ýôôåêòèâíåé èñïîëüçîâàòü îòâåäåííóþ ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ êàíàëîâ ñâÿçè. Îñîáåííîñòè AON ñ êîììóòàöèåé ïàêåòîâ •
Êîììóòàöèÿ ïàêåòîâ â AON ïðåäñòàâëÿåò ñîâåðøåííî íîâîå íàïðàâëåíèå ðàçâèòèÿ ñåòåé. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî äîëæíû áûòü ðàçðàáîòàíû ñîâåðøåííî íîâûå ñõåìû ìàðøðóòèçàöèè, íîâûå àðõèòåêòóðû, îðèåíòèðîâàííûå íà òåõíîëîãèþ AON.
•
Âñå ñõåìû ìàðøðóòèçàöèè îïòè÷åñêèõ ïîòîêîâ äîëæíû áûòü åäèíîîáðàçíû äëÿ âñåé AON ñ êîììóòàöèåé ïàêåòîâ. Ýòî òðåáîâàíèå äëÿ ñåòåé ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ áûëî áîëåå ìÿãêèì è îãðàíè÷èâàëîñü, â îñíîâíîì, òîëüêî íàëè÷èåì åäèíîãî ÷àñòîòíîãî ïëàíà.
•
 òåõíîëîãèÿõ ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèõ ñåòåé îäíîé èç ñëîæíûõ çàäà÷ ñ÷èòàåòñÿ ñîçäàíèå îïòè÷åñêèõ áóôåðîâ. Ïîýòîìó ïðåäïî÷òåíèå áóäåò îòäàâàòüñÿ îïòè÷åñêèì ïàêåòíûì êîììóòàòîðàì, èñïîëüçóþùèì òåõíîëîãèþ êîììóòàöèè áåç áóôåðèçàöèè (cut through).
•
Íîâûå àðõèòåêòóðû äîëæíû ó÷èòûâàòü ñïåöèôè÷åñêèå îñîáåííîñòè êàæäîãî îïòè÷åñêîãî äîìåíà, ÷òîáû âûãîäíî èñïîëüçîâàòü èõ äëÿ óïðîùåíèÿ êîíñòðóêöèè.
Äàëåå ðàññìîòðåíû äâà ìåòîäà ïàêåòíîé êîììóòàöèè â AON: ïîñëåäîâàòåëüíàÿ áèòîâàÿ è ïàðàëëåëüíàÿ áèòîâàÿ êîììóòàöèÿ ïàêåòîâ.
Ñåòü ñ ïîñëåäîâàòåëüíîé áèòîâîé êîììóòàöèåé Îïòè÷åñêàÿ ïîñëåäîâàòåëüíàÿ áèòîâàÿ êîììóòàöèÿ BSPS (bit-sequential packet switching) – ýòî ìåòîä ïðÿìîãî óïðàâëåíèÿ ýëåêòðîíèêîé êîììóòàöèîííûõ ýëåìåíòîâ, â îòëè÷èè îò ìåòîäîâ, èñïîëüçóåìûõ â ñåòÿõ ñ êîììóòàöèåé êàíàëîâ. Ïðè èñïîëüçîâàíèè BSPS çàãîëîâîê ïàêåòà â êàíàëå âçÿòîé äëèíû âîëíû êîäèðóåòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòüþ èç p áèíàðíûõ áèòîâ (áèòîâàÿ 1 îïðåäåëÿåòñÿ íàëè÷èåì îïòè÷åñêîãî ñèãíàë, à áèòîâûé 0 – åãî îòñóòñòâèåì). Ýòè áèòû óñòàíàâëèâàþò êîììóòàòîð â íàäëåæàùåå ñîñòîÿíèå, ïîçâîëÿÿ ñëåäóþùåìó çà çàãîëîâêîì òåëó ïàêåòà ñâîáîäíî èäòè ÷åðåç êîììóòàòîð ê ñîîòâåòñòâóþùåìó âûõîäíîìó ïîëþñó. Ïîñêîëüêó êîììóòàòîð ïðîçðà÷åí ê òåëó ïàêåòà, òî òàêàÿ ñåòü ñîõðàíÿåò íàçâàíèå ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêîé ñåòè. Äëÿ çàãîëîâêà èç
p
áèòîâ ñóùåñòâóåò
2p
ðàçëè÷íûõ àäðåñîâ óçëîâ ñåòè.
Âîëíîâîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå ïîçâîëÿåò çíà÷èòåëüíî óâåëè÷èòü ïåðåäàþùóþ åìêîñòü, íî ïðèâîäèò ê äîïîëíèòåëüíîìó óñëîæíåíèþ. Ïðåæäå, ÷åì âûïîëíèòü ïàêåòíóþ êîììóòàöèþ êàíàëîâ, íåîáõîäèìî ïðåäâàðèòåëüíî äåìóëüòèïëåêñèðîâàòü ñëîæíûé ñèãíàë, à íà âûõîäå êîììóòàòîðîâ – ïîâòîðíî ìóëüòèïëåêñèðîâàòü ñîîòâåòñòâóþùèå âûõîäíûå ñèìïëåêñíûå êàíàëû. Ñàìîìàðøðóòèçèðóþùàÿñÿ ñåòü ñ âîëíîâîé àäðåñàöèåé SWANET (Self-routed Wavelength-Addressable NETwork) ÿâëÿåòñÿ óëó÷øåíèåì áèíàðíîé BSPS àðõèòåêòóðû [30]. SWANET èñïîëüçóåò ïðåèìóùåñòâà BSPS è WDM, â ðåçóëüòàòå ÷åãî çíà÷èòåëüíî óâåëè÷èâàåòñÿ äîïóñòèìîå ÷èñëî ðàçëè÷íûõ àäðåñîâ, óñòàíàâëèâàåìûõ áèòàìè çàãîëîâêîâ ïàêåòîâ (ðèñ. 8.23). SWANET èìååò àíàëîãè÷íóþ BSPS ñòðóêòóðó ïàêåòà. Çàãîëîâîê, çà êîòîðûì ñëåäóåò ïîëå äàííûõ, êîäèðóåòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòüþ èç p áèòîâ, îõâàòûâàÿ ñðàçó íåñêîëüêî âîëíîâûõ êàíàëîâ. Çàãîëîâîê è ïîëå äàííûõ èñïîëüçóþò îäèí è òîò æå íàáîð äëèí âîëí. Åñëè ÷èñëî äëèí âîëí k , òî êàæäûé áèò çàãîëîâêà ïðåäñòàâëÿåòñÿ åäèíèöåé (åñòü ñèãíàë) íà îäíîé èç äëèí âîëí, â òî âðåìÿ êàê íà îñòàëüíûõ k − 1 êàíàëàõ ñèãíàëà â ýòî âðåìÿ íåò. Òàêèì îáðàçîì, ïîëíîå ÷èñëî ðàçëè÷íûõ êîíôèãóðàöèé çàãîëîâêà (ìàêñèìàëüíîå ÷èñëî îêîíå÷íûõ óçëîâ ñåòè) p
ñîñòàâëÿåò k . Äëÿ òðåáóåìîé êîììóòàöèè âñåãî ìóëüòèïëåêñíîãî êàíàëà êîììóòàòîð óñòàíàâëèâàåò áèòû çàãîëîâêà â ñîîòâåòñòâóþùåå ñîñòîÿíèå. Çàâåðøåíèå ïåðåäà÷è ïàêåòà ïðîèñõîäèò ïîñðåäñòâîì ïåðåäà÷è ñèãíàëà "Ñáðîñ" íà ñïåöèàëüíîé äëèíå âîëíû, âûäåëåííîé èñêëþ÷èòåëüíî äëÿ ýòîé öåëè. Ïîñêîëüêó ñåòü ïðîçðà÷íà ïî îòíîøåíèþ ê ôîðìàòó ïîëÿ äàííûõ, òî ýòî ïîëå ìîæåò îõâàòûâàòü êàê îäíó èíòåãðèðîâàííóþ ìíîãîâîëíîâóþ ïåðåäà÷ó, òàê è ìíîæåñòâî íå ñâÿçàííûõ ìåæäó ñîáîé ïåðåäà÷ ïî èíäèâèäóàëüíûì êàíàëàì.  ïåðâîì ñëó÷àå íåîáõîäèìà ñèíõðîíèçàöèÿ ìåæäó ïîëÿìè äàííûõ ðàçëè÷íûõ êàíàëîâ, âî âòîðîì – òàêàÿ ñèíÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
231
õðîíèçàöèÿ íåîáÿçàòåëüíà. Îãðàíè÷åíèåì SWANET ÿâëÿþòñÿ äèñïåðñèÿ è ïîïåðå÷íûå ïîìåõè.
λ1
Длина волны переустановки
λ2 λ3
Мощность
Длины волн данных и заголовка
λ4 λ5
....
λR Поле данных
Заголовок
λ1 λ2 Сброс
....
λR
Длина волны
Ðèñ. 8.23. Ñòðóêòóðà ïàêåòà â ñåòè SWANET [30]
Ñåòü ñ ïàðàëëåëüíîé áèòîâîé êîììóòàöèåé Äâå ðàçëè÷íûå òåõíèêè êîäèðîâàíèÿ ïðåäëîæåíû äëÿ ðåàëèçàöèè ñåòåé ñ ïàðàëëåëüíîé áèòîâîé êîììóòàöèåé BPPS (bit-parallel packet switching): òåõíèêà ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ ïîäíåñóùèõ SCM (sub-carrier multiplexing) è òåõíèêà ìíîãîâîëíîâîé BPPS. Îáå òåõíèêè èñïîëüçóþò îòäåëüíûå êàíàëû â îäíîì è òîì æå âîëîêíå äëÿ ïåðåäà÷è äàííûõ è ñîáñòâåííî çàãîëîâêà, íà îñíîâàíèè êîòîðîãî ïðîèñõîäèò ïåðåêëþ÷åíèå ñîñòîÿíèé êîììóòàòîðîâ. Çàãîëîâîê ïàêåòà ïåðåäàåòñÿ òåïåðü íå ïîñëåäîâàòåëüíî, êîãäà îí ïðåäøåñòâîâàë ïåðåäà÷å ïîëÿ äàííûõ ïàêåòà, à ïàðàëëåëüíî ñ äàííûìè, ÷òî ïîçâîëÿåò óâåëè÷èòü ïðîïóñêíóþ ñïîñîáíîñòü.  òåõíèêå SCM äàííûå è çàãîëîâîê êîäèðóþòñÿ êàê äâå ðàçëè÷íûå ïîäíåñóùèå îïòè÷åñêîãî íîñèòåëÿ è äàëåå ïåðåäàþòñÿ îäíîâðåìåííî (ðèñ. 8.24 à). SCM ïîçâîëÿåò ýôôåêòèâíî èñïîëüçîâàòü èìåþùèéñÿ ñïåêòð çà ñ÷åò îãðàíè÷åíèé áèòîâîé ñêîðîñòè, êîòîðàÿ äîëæíà áûòü ìåíüøå, ÷åì ÷àñòîòà ïîäíåñóùåé. Òàêèì îáðàçîì, òåõíèêà SCM ïîëåçíà êîãäà âåñü ñïåêòð ñèãíàëà äàííûõ îãðàíè÷åí, ò. å. áèòîâàÿ ñêîðîñòü äàííûõ íå î÷åíü âûñîêà. SCM èìååò ðÿä îãðàíè÷åíèé ïðèìåíèòåëüíî ê ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèì ñåòÿì. Ãëàâíîå èç íèõ ñâÿçàíî ñ íåâîçìîæíîñòüþ èçáåæàòü ñëîæíûõ ýëåêòðîííûõ ïðåîáðàçîâàíèé ïîäíåñóùèõ çàãîëîâêà è äàííûõ â êîììóòàòîðå, òàê êàê ïåðåä íà÷àëîì êîììóòàöèè äàííûå è çàãîëîâîê äîëæíû áûòü äåìóëüòèïëåêñèðîâàíû. Âòîðîå îãðàíè÷åíèå ñâÿçàíî ñ õàðàêòåðîì ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñëîæíîãî ñèãíàëà ïî âîëîêíó. Ïîñêîëüêó çàãîëîâîê è äàííûå ìóëüòèïëåêñèðîâàíû â êàíàë îäíîé è òîé æå íåñóùåé ÷àñòîòû, òî ïåðåäàò÷èê, èìåþùèé îãðàíè÷åííûå ðåñóðñû, äîëæåí îáåñïå÷èòü äîñòàòî÷íóþ ìîùíîñòü äëÿ êàæäîãî ñèãíàëà, ÷òî óìåíüøàåò ìîùíîñòü ñèãíàëîâ ïî îòäåëüíîñòè. Ìîäèôèêàöèåé SCM ÿâëÿåòñÿ ìåòîä, ïðè êîòîðîì äàííûå ïåðåäàþòñÿ íà îñíîâíîì íîñèòåëå, à çàãîëîâîê ìóëüòèïëåêñèðóåòñÿ íà ïîäíåñóùóþ.  ýòîé òåõíèêå ÷àñòîòà ïîäíåñóùåé íå îãðàíè÷èâàåò áèòîâóþ ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äàííûõ. Ïîñêîëüêó çàãîëîâîê íå òðåáóåò âûñîêîé áèòîâîé ñêîðîñòè ïåðåäà÷è, òî äëÿ íåãî ïðåäåëüíîå ñîîòíîøåíèå ñèãíàë/øóì ìîæåò áûòü çíà÷èòåëüíî íèæå, ÷òî äîïóñêàåò áåç óùåðáà áîëüøåå çàòóõàíèå ñèãíàëà â âîëîêîííî-îïòè÷åñêîé ëèíèè. Äàííûé ìåòîä äåìîíñòðèðîâàëñÿ äëÿ ñêîðîñòè ïåðåäà÷è äàííûõ 2,5 Ãáèò/ñ è äëÿ çàãîëîâêà 40 Ìáèò/ñ, êîòîðûé ìóëüòèïëåêñèðîâàëñÿ íà ïîäíåñóùóþ øèðèíîé 3 ÃÃö [31]. Ìíîãîâîëíîâàÿ ïàðàëëåëüíàÿ áèòîâàÿ êîììóòàöèÿ – ýòî òåõíèêà êîäèðîâàíèÿ, ïðè êîòîðîé äëÿ äàííûõ è äëÿ çàãîëîâêà ïðèïèñûâàþòñÿ ðàçëè÷íûå íàáîðû äëèí âîëí [32].  îòëè÷èå îò òðàäèöèîííîãî âîëíîâîãî ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ, ãäå êàæäûé ïàêåò ñâÿçàí ñ îïðåäåëåííîé äëèíîé âîëíû, â ýòîé òåõíèêå ïàêåò (êàê è çàãîëîâîê) ñâÿçûâàåòñÿ ñ íåñêîëüêèìè äëèíàìè âîëí (ðèñ. 8.24 á). Ðÿä îñîáåííîñòåé äåëàþò ýòó òåõíèêó áîëåå ïðåäïî÷òèòåëüíîé ïî ñðàâíåíèþ ñ SCM äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèõ ñåòÿõ. Âî-ïåðâûõ, ïðîñòàÿ îïòè÷åñêàÿ ôèëüòðàöèÿ âîëíîâûõ êàíàëîâ âûïîëíÿåòñÿ ëåã÷å, ÷åì ðàäèî÷àñòîòíîå âûäåëåíèå ïîäíåñóùèõ. Âîâòîðûõ, ìîæíî âûïîëíèòü êîäèðîâàíèå çàãîëîâêà, òàê ÷òî çàãîëîâîê áóäåò ðàñïîçíàâàòüñÿ êîììóòàòîðîì, à êîììóòàöèÿ áóäåò ïðîèñõîäèòü íà ïàêåòíûõ ñêîðîñòÿõ âìåñòî ñêîðîñòåé äàííûõ. È, íàêîíåö, ïîñêîëüêó îòäåëüíûå èñòî÷íèêè èçëó÷åíèÿ èñïîëüçóþòñÿ äëÿ êàæäîé äëèíû âîëíû, òî íå âîçíèêàåò ïðîáëåìû, ñâÿçàííîé ñ ïîòåðåé ìîùíîñòè.
232
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Мощность
Данные f d Заголовок f h Поле пакета
а)
fh
fd
Частота
Данные
б)
λ1 λ2 λ3 λ4 λ5 λ6
Мощность
Заголовок
Поле пакета
....
λ 1 λ2 . . . .
Длина волны
λ6
Ðèñ. 8.24. Ñòðóêòóðà ïàêåòà â ñåòÿõ: à) ñ òåõíèêîé ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ ïîäíåñóùèõ; á) ñ òåõíèêîé ìíîãîâîëíîâîé ïàðàëëåëüíîé áèòîâîé êîììóòàöèè
8.10. Àðõèòåêòóðà AON Ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèå ñåòè ìîãóò ñòðîèòüñÿ íà ëþáîì ìàñøòàáå: îò ëîêàëüíîãî, íàïðèìåð îáúåäèíÿÿ ïàðê ñóïåðêîìïüþòåðîâ, äî ãëîáàëüíîãî, ãäå â ïåðñïåêòèâå îíè, áåçóñëîâíî, çàéìóò ìåñòî ãëàâíûõ ìàãèñòðàëåé. Îáùàÿ ñòðóêòóðà ãëîáàëüíîé èíôîðìàöèîííîé ñåòè ìîæåò áûòü âåñüìà ðàçíîîáðàçíîé, ñòîëü æå ðàçíîîáðàçíîé, êàê è ÷èñëî ðàçëè÷íûõ ïðèëîæåíèé, êîòîðûå â íåé èñïîëüçóþòñÿ [2]. Ïîëîæåíèå îïòè÷åñêîãî óðîâíÿ èëè óðîâíÿ ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêîé ñåòè â êîíòåêñòå àðõèòåêòóðû ãëîáàëüíîé ñåòè ïîêàçàíî íà ðèñ. 8.25.  ñàìîì îïòè÷åñêîì óðîâíå, êîòîðûé, â îáùåì ñëó÷àå, èìååò èåðàðõè÷åñêóþ ñòðóêòóðó, âûäåëÿþò òðè ïîäóðîâíÿ Óðîâåíü-0, Óðîâåíü-1 è Óðîâåíü-2 (ðèñ. 8.26).
Оптический уровень (полностью оптическая сеть) Динамическая транспортная реконфигурация Волновое мультиплексирование Восстановление пути на высоком уровне
Уровень SDH (ATM, Gigabit Ethernet, . . . ) Высокоскоростная защита передачи Временное мультиплексирование Синхронизация
Уровень служб Доставка данных до конечного пользователя
Ðèñ. 8.25. Îïòè÷åñêèé óðîâåíü êàê âñåîáúåìëþùàÿ ñòðóêòóðà ãëîáàëüíîé ñåòè
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
233
Уровень-2 Сеть глобального масштаба
Сеть городского масштаба Локальная сеть Оптические волокна
OT
OT
OT OT Пользователи
OT OT
Оптические терминалы
Пользователи
Ðèñ. 8.26. Ñòðóêòóðà îïòè÷åñêîãî óðîâíÿ Îïòè÷åñêèé òåðìèíàë OT – ýòî óçåë ñåòè, íà êîòîðîì çàâåðøàþòñÿ âëàäåíèÿ AON. Íà ýòîì óçëå ïîñòóïàþùèå ñèãíàëû ñòàíäàðòíûõ ïðèëîæåíèé ïðåîáðàçóþòñÿ â ôîðìó, ïðåäíàçíà÷åííóþ äëÿ îáðàáîòêè ïðîìåæóòî÷íûìè óçëàìè ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêîé ñåòè. Íà ýòîì óçëå åùå äîïóñêàþòñÿ îïòîýëåêòðîííûå ïðåîáðàçîâàíèÿ. Ïðèìåð 1 ðàáîòû OT: ïðèõîäÿùèé ýëåêòðè÷åñêèé ñèãíàë 100Base-TX äóïëåêñíîãî êàíàëà Fast Ethernet ïðåîáðàçóåòñÿ â îïòè÷åñêèé ñèãíàë íà îïðåäåëåííîé äëèíå âîëíû èç îêíà 1,55 ìêì. Ïðèìåð 2: íà îïòè÷åñêèé òåðìèíàë ïîñòóïàåò íåñêîëüêî îïòè÷åñêèõ ñèãíàëîâ ATM (622 Ìáèò/c) ïî ìíîãîìîäîâîìó âîëîêíó íà äëèíå âîëíû 1,33 ìêì, êîòîðûå ïðåîáðàçóþòñÿ â ãðåáåíêó ðàçíûõ äëèí âîëí â ñîîòâåòñòâèè ñ ÷àñòîòíûì ïëàíîì. Îïòè÷åñêèé òåðìèíàë äîëæåí îñíàùàòüñÿ óçêîïîëîñíûìè ëàçåðàìè.  íåãî ìîãóò áûòü èíòåãðèðîâàíû äðóãèå ýëåìåíòû ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêîé ñåòè, íàïðèìåð, ïåðåñòðàèâàåìûå îïòè÷åñêèå ôèëüòðû, ñèñòåìû âîëíîâîãî ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ è äð. Óðîâåíü-0. Ýòîò óðîâåíü îïðåäåëÿåò ïàññèâíóþ øèðîêîâåùàòåëüíóþ AON ëîêàëüíîãî ìàñøòàáà ñ íåáîëüøèì (äî íåñêîëüêèõ äåñÿòêîâ) ÷èñëîì îêîíå÷íûõ óçëîâ ñåòè. Õàðàêòåðíûìè ýëåìåíòàìè, îðãàíèçóþùèìè ñåòü ýòîãî óðîâíÿ ÿâëÿþòñÿ îïòè÷åñêèå êîìáàéíåðû/ðàçâåòâèòåëè, ôèëüòðû. Ýëåìåíòû ñåòè Óðîâíÿ-0 íàïðÿìóþ âçàèìîäåéñòâóþò ñ îïòè÷åñêèìè òåðìèíàëàìè, è ñ ýëåìåíòàìè ñåòè Óðîâíÿ-1, åñëè òàêîâûå èìåþòñÿ. Ïðèìåðîì ñëóæèòü ñåòü Rainbow-1. Âàðèàíò ïîäêëþ÷åíèÿ ýëåìåíòîâ ñåòè â ïðåäåëàõ Óðîâíÿ-0 ïîêàçàí íà ðèñ. 8.27. Уровень-1
Уровень-1 Оптический обходной переключатель/ комбайнер
Комбайнер
Уровень-0
λ 1+...+N
...
...
λ 1+...+N
Разветвитель
λN
λ1
λ 1+...+N
λ 1+...+N
Rx Оптический Tx терминал 1 MUX/DEMUX
Оптические фильтры Tx Rx Оптический MUX/DEMUX терминал N
Пользовательские интерфейсы: ATM, SDH, Gigabit Ethernet, FDDI, Fibre Channel,
Ðèñ. 8.27. Ïðèìåð ñòðóêòóðû óðîâíÿ 0
234
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Óðîâåíü-1. Ýòîò óðîâåíü îïðåäåëÿåò AON ñ ïàññèâíîé âîëíîâîé ìàðøðóòèçàöèåé. Õàðàêòåðíûìè ýëåìåíòàìè ýòîãî óðîâíÿ ÿâëÿþòñÿ óñòðîéñòâà âîëíîâîãî ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ è äåìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ. Âàðèàíò ïîäêëþ÷åíèÿ ýëåìåíòîâ ñåòè â ïðåäåëàõ Óðîâíÿ-1 ïîêàçàí íà ðèñ. 8.28. Уровень-2 Уровень-1 WDM DEMUX
Уровень-2 Статическая волновая маршрутизация
λ g,1
WDM MUX
λ g,2 λ g,3 λ g,4
Комбайнер
Ðèñ. 8.28. Ïðèìåð ïîñòðîåíèÿ óðîâíÿ 1
Óðîâåíü-2. Ýòîò óðîâåíü îïðåäåëÿåò AON, äîïóñêàþùóþ àêòèâíóþ âîëíîâóþ ìàðøðóòèçàöèþ. Õàðàêòåðíûìè ýëåìåíòàìè ýòîãî óðîâíÿ ÿâëÿþòñÿ óñòðîéñòâà âîëíîâîãî ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ è äåìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ, âîëíîâûå êîíâåðòåðû è îïòè÷åñêèå êîììóòàòîðû. Êîììóòàöèÿ ìîæåò ïðîèñõîäèòü ëèáî íà îñíîâå ÷òåíèÿ çàãîëîâêîâ ïàêåòîâ (AON ñ êîììóòàöèåé ïàêåòîâ), ëèáî íà îñíîâå âíåøíåãî óïðàâëåíèÿ (AON ñ àêòèâíîé êîììóòàöèåé êàíàëîâ). Òîëüêî íà îñíîâå óçëîâ Óðîâíÿ-2 ìîæíî ñòðîèòü ìàñøòàáèðóåìûå ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèå ñåòè ãëîáàëüíîãî ìàñøòàáà. Îáîáùåííûé âàðèàíò ïîäêëþ÷åíèÿ ýëåìåíòîâ ñåòè â ïðåäåëàõ Óðîâíÿ-2 ïîêàçàí íà ðèñ. 8.29. Ðàçáåðåì ðàáîòó óçëà Óðîâíÿ-2. Îïòè÷åñêèé ñèãíàë â êàæäîì âõîäíîì êàíàëå (îäíî âîëîêíî) ïðåäñòàâëåí â âèäå ìíîæåñòâà ðàçëè÷íûõ äëèí âîëí λ 1 , λ 2 ,... – îäèí è òîò æå íàáîð äëèí âîëí èñïîëüçóåòñÿ äëÿ âñåõ âõîäíûõ è âûõîäíûõ êàíàëîâ. Âîëíîâîé äåìóëüòèïëåêñîð (WDM DEMUX) âûäåëÿåò ñèãíàëû íà ðàçíîé äëèíå âîëíû, ïðèõîäÿùèå îò îäíîãî êàíàëà, è íàïðàâëÿåò èõ â îòäåëüíûå âîëîêíà. Îïòè÷åñêèå ñèãíàëû îò ðàçíûõ äåìóëüòèïëåêñîðîâ îäíîé è òîé æå äëèíû âîëíû ïîïàäàþò íà âõîäíûå ïîðòû-ïîëþñû îïòè÷åñêîé êîììóòàöèîííîé ìàòðèöû (èëè êîììóòàòîðà), ñîîòâåòñòâóþùåé ýòîé äëèíå âîëíû – ðàíåå áûëî ïîêàçàíî, ÷òî êîììóòàöèþ ëåã÷å ïðîâîäèòü ñðåäè ñèãíàëîâ îäíîé è òîé æå äëèíû âîëíû. Êîììóòàòîðû âûïîëíÿþò ôóíêöèþ äèñïåò÷åðîâ, ïåðåíàïðàâëÿÿ ïîòîêè íà ðàçíûå âûõîäíûå ïîðòû ïî çàäàâàåìîé ñõåìå è ñîõðàíÿÿ íåñóùóþ äëèíó âîëíû. Åñëè èíôîðìàöèîííûé ñèãíàë ïðèõîäèò íà óçåë íà îäíîé äëèíå âîëíû, à äîëæåí ïîêèíóòü ýòîò óçåë íà äðóãîé äëèíå âîëíû, ñëåäóåò èñïîëüçîâàòü âîëíîâûå êîíâåðòåðû. Äîïîëíèòåëüíûé ýëåìåíò, êîòîðûé ìîæåò âõîäèòü â ñîñòàâ êàæäîãî èç ðàññìîòðåííûõ òðåõ óðîâíåé – ýòî îïòè÷åñêèé óñèëèòåëü EDFA.
8.11. Ïðîòîòèïû è êîììåð÷åñêèå ðåàëèçàöèè AON  íàñòîÿùåå âðåìÿ èññëåäîâàòåëüñêèå ðàáîòû, à òàêæå ðàáîòû ïî ðåàëèçàöèè ïðîåêòîâ îïòè÷åñêèõ ñåòåé âåäóòñÿ ìíîãèìè ïðîèçâîäèòåëÿìè ñåòåâîãî è òåëåêîììóíèêàöèîííîãî îáîðóäîâàíèÿ, èç êîòîðûõ ñëåäóåò âûäåëèòü: IBM, êîíñîðöèóì AON (All-Optical Networking), îáúåäèíÿþùèé AT&T, DEC, MIT Campus, MIT Lincoln Lab (ÑØÀ); ãðóïïó êîìïàíèé ACTS Photonic Technologies Area, îáúåäèíÿþùóþ Alcatel Alsthom Recherche, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, France Telecom-(CNET), Royal Institute of Technology, University College of London,
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
235
University of Athens, University of Ghent, University of Ulm, Ericsson, Siemens (Åâðîïà), ãðóïïà êîìïàíèé Oki R&D Group è äð. Уровень-2
λ1
WDM DEMUX
WDM MUX
λ 1+...+n
λ 1+...+n
λ2
λ 1+...+n
λ 1+...+n
Коммутаторы
λ 1+...+n
λ 1+...+n
λn
Волновые конвертеры
λn λ2 λ1
λn
λi
λ2
λj
λ1
λk
λi
Пассивный кросс
λj λk
Ðèñ. 8.29. Îáùèé ïðèìåð ïîñòðîåíèÿ óðîâíÿ 2
Ïåðå÷èñëèì êðóïíûå ìåæäóíàðîäíûå ïðîåêòû ñåòåé AON, ðåàëèçóþùèåñÿ â íàñòîÿùåå âðåìÿ [18, 29]: •
Ïðîåêò VERTICAL (VERtical cavity laser Technology for InterConnection and AccessLinks), öåëüþ êîòîðîãî ÿâëÿåòñÿ ðàçðàáîòêà äëèííîâîëíîâûõ 1,3 / 1,55 ìêì ëàçåðîâ ñ âåðòèêàëüíîé ïîëîñòüþ ïîâåðõíîñòíîãî èçëó÷åíèÿ, ðàáîòàþùèõ ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå íà îñíîâå îïòèìèçàöèè ýëåêòðè÷åñêèõ è òåðìè÷åñêèõ ñâîéñòâ ñòðóêòóðû.
•
Ïðîåêò WOTAN (Wavelength-agile Optical Transport and Access Network), öåëü êîòîðîãî ñîñòîèò â òîì, ÷òîáû îáåñïå÷èòü ñîåäèíåíèÿ ïî ïðèíöèïó "òî÷êà-òî÷êà" íà îñíîâå ïðèìåíåíèÿ ñêîðîñòíûõ êîììóíèêàöèîííûõ ñèñòåì ñâÿçè äëÿ íóæä îáùåñòâåííûõ òåëåêîììóíèêàöèîííûõ ñåòåé. Çà ñ÷åò áîëüøîãî êîëè÷åñòâà áëèçêî ðàñïîëîæåííûõ âîëíîâûõ êàíàëîâ ïðåäïîëàãàåòñÿ çíà÷èòåëüíî óâåëè÷èòü ïðîïóñêíóþ ñïîñîáíîñòü ñåòè è ïîâûñèòü ãèáêîñòü óïðàâëåíèÿ åþ.
•
Ïðîåêò BROADBAND (Broadband Loop), öåëü êîòîðîãî – ïðîâåäåíèå èñïûòàíèé êîíöåïöèé íåäîðîãèõ øèðîêîïîëîñíûõ ñåòåé àáîíåíòñêîãî äîñòóïà ñ äîâåäåíèåì âîëîêíà â ëîêàëüíûé óçåë ïî ìåðå ðîñòà ïîòðåáíîñòåé â ïîëîñå ïðîïóñêàíèÿ.
•
Ïðîåêò PLATO (Photonic Links in Atm and Optical systems).
•
Ïðîåêò KEOPS (KEys to Optical Packet Switching), ãëàâíîé öåëüþ êîòîðîãî ÿâëÿåòñÿ àíàëèç è äîñòèæåíèå âûñîêèõ ñêîðîñòåé ïåðåêëþ÷åíèÿ ïðè ïàêåòíîé êîììóòàöèè â ïðåäåëàõ ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêîé ñåòè ñâÿçè.
•
Ïðîåêò UPGRADE (High Bitrate 1300nm Upgrade of the European Standard Single-Mode Fibre Network).
•
Ïðîåêò PHOTOS (PHOtosensitive Technology for Optical Systems).
•
Ïðîåêò CAPITAL (Customer Access Photonics and Integrated Technology for Active Low cost Devices).
•
Ïðîåêò PLANET (Photonic Local Access NETwork).
•
Ïðîåêò MIDAS (Multigigabit Interconnection and Advanced techniques).
236
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
•
Ïðîåêò HORIZON (Horizontal action transport networks).
•
Ïðîåêò FAST (Fluoroaluminate Amplifiers for Second Telecom window).
•
Ïðîåêò ESTHER (Exploitation of Soliton Transmission Highways for European Ring).
•
Ïðîåêò BLISS (Broadband Lightwave Sources and Systems).
•
Ïðîåêò OPEN (Optical Pan-European Network) ðàçðàáàòûâàåò êîíöåïöèþ ÏàíÅâðîïåéñêîé ñåòè, â êîòîðîé êðóïíåéøèå åâðîïåéñêèå ãîðîäà ñîåäèíÿþòñÿ âîëîêîííîîïòè÷åñêèìè ëèíèÿìè ñâÿçè ñî ñâåðõâûñîêîé ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòüþ. Ñåòü èñïîëüçóåò ìåòîäû ñïåêòðàëüíîãî ðàçäåëåíèÿ è ïîçâîëÿåò îñóùåñòâèòü ãèáêóþ âçàèìîñâÿçü åâðîïåéñêèõ íàöèîíàëüíûõ ñåòåé. Ê ãëàâíûì öåëÿì îòíîñÿòñÿ ðàçðàáîòêà ñïåöèôèêàöèè è îïðåäåëåíèå ðàçìåðà ñåòè è åå ýëåìåíòîâ, ðàçðàáîòêà è èñïûòàíèå îïûòíîãî îáðàçöà ìíîãîâîëíîâîãî îïòè÷åñêîãî ïåðåêëþ÷àòåëÿ.
•
Ïðîåêò HIGHWAY (Photonic Technologies for Ultra High Speed Information).
•
Ïðîåêò COBNET (Corporate Optical Backbone Network), îñíîâíîé öåëüþ êîòîðîãî ÿâëÿåòñÿ ðàçðàáîòêà àðõèòåêòóðíîé è òåõíîëîãè÷åñêîé êîíöåïöèé êîðïîðàòèâíûõ (âíåâåäîìñòâåííûõ) ñåòåé íà îñíîâå èñïîëüçîâàíèÿ ïðåèìóùåñòâ îïòè÷åñêèõ ÀÒÌ òåõíîëîãèé.
•
Ïðîåêò METON (Metropolitan Optical Network), îñíîâíàÿ öåëü êîòîðîãî ñîñòîèò â ðàçðàáîòêå îïòè÷åñêîé òðàíñïîðòíîé ãîðîäñêîé ñåòè SDH íà îñíîâå èñïîëüçîâàíèÿ ðàçëè÷íûõ òîïîëîãèé ñ ïðèìåíåíèåì ñïåêòðàëüíîãî ðàçäåëåíèÿ, îïòè÷åñêèõ ìóëüòèïëåêñîðîâ è êîììóòàòîðîâ ÀÒÌ.
•
Ïðîåêò FOTON (Paneuropean Photonic Transport Overlay), ãëàâíîé öåëüþ êîòîðîãî ïðîâîçãëàøåíà ðàçðàáîòêà îïòè÷åñêîé ñåòè ñâÿçè äëÿ áóäóùåé Ïàí-Åâðîïåéñêîé òðàíñïîðòíîé ñåòè. Âàæíûì àñïåêòîì ðàçðàáîòêè òàêîé ñåòè ÿâëÿåòñÿ ïîïûòêà åå îïòèìèçàöèè ïî êðèòåðèþ "ýôôåêòèâíîñòü-ñòîèìîñòü" ïðè óñëîâèè âûñîêîé ñêîðîñòè ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè äëÿ ñóùåñòâóþùèõ ôîðìàòîâ ñèãíàëîâ, âêëþ÷àÿ SDH è ÀÒÌ.
•
Ïðîåêò MEPHISTO (Management of PhotonIc Systems and Networks) îáúÿâèë îñíîâíîé öåëüþ ðåàëèçàöèþ ïðèíöèïîâ óïðàâëåíèÿ ñåòüþ (TMN) ïðèìåíèòåëüíî ê áóäóùèì ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèì ñåòÿì, â êîòîðûõ ìåòîä ñïåêòðàëüíîãî ðàçäåëåíèÿ (WDM) èñïîëüçóåòñÿ êàê äëÿ óâåëè÷åíèÿ ñêîðîñòè ïåðåäà÷è, òàê è äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷ ìàðøðóòèçàöèè.
•
Ïðîåêò MOON (Management of Optical Networks) ïðåñëåäóåò öåëü ðàçðàáîòêè êîíöåïöèè ïîñòðîåíèÿ ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ îïòè÷åñêèì ñëîåì áóäóùåé Ïàí-Åâðîïåéñêîé òðàíñïîðòíîé ñåòè.
Ëèòåðàòóðà ê ãëàâå 8 1.
All-Optical Networking Consortium: WDM Description, 1996, http://www.ll.mit.edu/aon/aonwdm.html
2.
T. Krause. "Migration to All-Optical Networks". Alcatel Network Systems, 1998, http://www.usa.alcatel.com/telecom/transpt/optical/techpaps/migration/
3.
Photonic Technologies Area: BillBoard, 1998, http://www.intec.rug.ac.be/horizon/billboard.htm
4.
WDM Cross-Connect Technology, Oki Electric Industry, 1996, http://www.oki.co.jp/OKI/RDG/English/kikaku/okayama/main.html
5.
Optical wavelength multiplexer/demultiplexer (Wavelength router). Oki Electric Industry Co., 1996, http://www.oki.co.jp/OKI/RDG/English/kikaku/okayama/eWAG.html
6.
S. Cortez and M. Dickerson. "Enabling the all-optical network". America’s Networks, 1998, http://www.americasnetwork.com/issues/98issues/980201/980201_optical.html
7.
DWDM Channel Spacing: Do You Know How Much Capacity You’re Realy Getting? Alcatel Network Systems, 1998, http://www.usa.alcatel.com/telecom/transpt/optical/techpaps/ad9804/
8.
MultiWave Sentry 4000: DWDM transport system. CIENA Corporation, 1998, http://www.ciena.com/products/mwsentry4000.html
9.
Technical Application Note, No. OA1-001: Erbium-Doped Fiber Amplifiers in Networks. 1998, http://www.ditechcorp.com/notes/An0a1.htm
10.
Âîëíîâîäíàÿ îïòîýëåêòðîíèêà, ïîä ðåä. Ò. Òàìèðà. – Ì.: Ìèð, 1991. – 575 ñ.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
237
11.
Testing Erbium-Doped Fiber Amplifiers, Article 12, Hewlett-Packard Journal, December 1997, http://hpcc923.external.hp.com/hpj/97dec/de97a12.htm
12.
Fiber Amplifiers for Telecommunications, Catalogue IRE-POLUS Group, 1997, http://ire-polusgroup.com
13.
8-Channel OC-192 or 32-Channel OC-48? Optimizing the WDM/TDM Solution. Alcatel, 1998, http://www.usa.alcatel.com/telecom/transpt/optical/techpaps/ad9801/
14.
K. M. Kissa, D. J. Fritz, "AOTFs Route Traffic in WDM Networks". Lightwave, June 1996 (pp. 64-66).
15.
Acousto-Optic Tunable Filters. Brimrose, 1998, http://www.brimrose.com/aotf.htm
16.
Space Packet Switch. Department of Computer Science and Electrical Engineering University of Maryland Baltimore Country, Baltimore MD-21250, 1998, http://coe1.engr.umbc.edu/~choa/switch.htm
17.
Optical Loop Memories. Department of Computer Science and Electrical Engineering University of Maryland Baltimore Country, Baltimore MD-21250, 1998, http://coe1.engr.umbc.edu/~choa/loopmem.htm
18.
À. Í. Íàçàðîâ, Ì. Â. Ñèìîíîâ. ATM: Òåõíîëîãèÿ âûñîêîñêîðîñòíûõ ñåòåé. – Ì.: ÝêîÒðåíäç, 1997. – 232 ñ.
19.
J. Turner. Design and Analysis of Switching Systems. 1997. – 220 ñ. http://www.arl.wustl.edu/~jst/cs/577/intro.html
20.
F. Halsall, Data Communications, Computer Networks and Open Systems, Addison-Wesley, 1996. – 907 p.
21.
Wavelength converter. Oki Electric Industry Co., Ltd., 1996, http://www.oki.co.jp/OKI/RDG/English/kikaku/vol.1/okayama/eWC.html
22.
All-Optical Frequency Conversion. All-Optical Networking Consortium: WDM Slide Presentation, 1996, http://www.ll.mit.edu/aon/WDMSlide20.html
23.
Three All-Optical Network Types. IBM, 1995, http://www.research.ibm.com/wdm/motive/roadmap.html
24.
J. Yoo., S. Banerjee. "Design, Analysis, and Implementation of Wavelength-Routed All-Optical Networks: Routing and Wavelength Assisgnment Approach". 1997, http://boni.eecs.stevenstech.edu/homepage/papers/ieee_survey1/survey.html
25.
Polarization Mode Dispersion (PMD). Alcatel, 1998, http://www.ans.alcatel.com/cc/techprs/fnlpmd2.htm
26.
What is PMD? Understanding Polarization Mode Dispersion, Corning TPD -Library, 1994-1998, http://pro.corningfiber.com/library/nv1072.html
27.
M. O’Mahony, et. al. "The Design of a Eropean Optical Network". Lightwave Technology, Vol. 13, No. 5, 1995, pp. 251-256
28.
H. Dutton, P. Lenhard. High-Speed Networking Technologies: An Introductory Survey (Fiber optics, SDH/Sonet, High-speed LAN principles). IBM Corp., Prentice Hall PRT, 1995. – 600 p.
29.
J. Hudgings & J. Nee. "WDM All-Optical Networks EE228A Project Report", EE228A Project Report, 1996, http://www-bsac.eecs.berkeley.edu/~jnee/ee228a/
30.
L.A Backman. "Applications in Optical Communications: Optical Transmission of MillimeterWave Signals; and, An All-Optical Wavelength-Routed Switching Network". Ph.D. thesis, University of California, Berkeley, 1996
31.
A. Budman, E. Eichen, J.Schalafer, R. Olshansky, and F, McAleavey. "Multigigabit Optical Packet Switch for Self-routing Network with Subcarrier Addressing". in OFC’92 (San JOse, CA) 1192, paper TuO4, pp. 90-91
32.
D.J. Blumenthal, P.R. Prucnal, and J.R. Sauer. " Photonic Packet Switches: Architecture and Experimental Implementations". Proceedings of the IEEE, vol.82, no.11, November, 1994, pp.1650-1665
33.
T. Fuerst. "Optical Layer Planning Requires Flexibility". Lightwave, October 1997 (pp.50-52).
238
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
9. Ñåòè àáîíåíòñêîãî äîñòóïà  ïåðñïåêòèâå ãðÿäåò äîìèíèðîâàíèå öèôðîâûõ ñèñòåì ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè íàä àíàëîãîâûìè. Îäíàêî â áëèæàéøèå ãîäû íàèáîëåå âûãîäíûìè ñ òî÷êè çðåíèÿ öåíà-ýôôåêòèâíîñòü îñòàíóòñÿ ðåøåíèÿ ñìåøàííîãî òèïà, èñïîëüçóþùèå êàê öèôðîâóþ, òàê è àíàëîãîâóþ ïåðåäà÷ó äàííûõ.  òåëåâèçèîííûõ êàáåëüíûõ ñèñòåìàõ ñåãîäíÿ ïðåîáëàäàåò ìåäíûé êîàêñèàëüíûé êàáåëü, î÷åâèäíûìè äîñòîèíñòâà êîòîðîãî ÿâëÿþòñÿ áîëüøàÿ ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ ïðè àíàëîãîâîé ïåðåäà÷å òåëåâèçèîííûõ êàíàëîâ è îòíîñèòåëüíî íèçêàÿ ñòîèìîñòü îêîíå÷íîãî îáîðóäîâàíèÿ. È õîòÿ ìåäíûé êàáåëü ïîñòåïåííî ñäàåò ñâîè ïîçèöèè, óñòóïàÿ äîðîãó âîëîêîííî-îïòè÷åñêîìó, çà êàæäîé ñðåäîé ñâÿçè îñòàåòñÿ ñâîÿ îáëàñòü ïðèìåíåíèÿ, à ýòî îçíà÷àåò äàëüíåéøåå ñîñóùåñòâîâàíèå ýòèõ äâóõ ñðåä. Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî íèêòî íå âîçüìåòñÿ ñêàçàòü, êàêèå ïîòðåáíîñòè â ñåòåâûõ ðåñóðñàõ áóäóò ó àáîíåíòîâ, ñòðîÿùèåñÿ ñåòè îáÿçàíû óäîâëåòâîðèòü ýòèì ïîòðåáíîñòÿì ïðè ìèíèìàëüíûõ çàòðàòàõ. Óçêàÿ ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ è øèðîêàÿ ïîëîñà, îäíîíàïðàâëåííûé ïîòîê è ïîëíîäóïëåêñíûé, øèðîêîâåùàòåëüíîå òåëåâèäåíèå è èíòåðàêòèâíîå âèäåî, òåëåôîíèÿ è âèäåîòåëåôîíèÿ – âñå ýòè ÷åðòû ñîçäàþò ñëîæíûé âûáîð ìåæäó ñåãîäíÿøíèìè ñëóæáàìè è ñëóæáàìè çàâòðàøíåãî äíÿ. Íà ñòðåìèòåëüíî ðàçâèâàþùåìñÿ ðûíêå òåëåêîììóíèêàöèé îïàñíî ïðèíèìàòü ïîñïåøíûå ðåøåíèÿ, à òàêæå çàäåðæèâàòüñÿ, äîæèäàÿñü ïîÿâëåíèÿ êàêîéíèáóäü áîëåå óíèâåðñàëüíîé òåõíîëîãèè. Îäíàêî ãëàâíàÿ òðóäíîñòü â òîì, ÷òî ñ òåõíîëîãè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ íà äàííûé ìîìåíò ñóùåñòâóåò âåëèêîå ìíîæåñòâî ñòàíäàðòîâ äëÿ âèäåîòðàíñëÿöèé, òåëåôîíèè, ñåòåé ïåðåäà÷è äàííûõ, à òåõíîëîãèÿ ATM âñå åùå îñòàåòñÿ î÷åíü äîðîãîé, ÷òîáû ðåàëüíî êîíêóðèðîâàòü è âûòåñíÿòü òðàäèöèîííûå ñåòåâûå ðåøåíèÿ, òåì áîëåå â ñåòÿõ àáîíåíòñêîãî äîñòóïà.  äàííîé ãëàâå äàí îáçîð îáùèõ âîïðîñîâ ïîñòðîåíèÿ ñîâðåìåííûõ øèðîêîïîëîñíûõ àáîíåíòñêèõ ñåòåé, îõâàòûâàþùèõ æèëûå çîíû êâàðòàëîâ, ðàéîíîâ ãîðîäà èëè ñåëüñêîé ìåñòíîñòè. Íà ñåãîäíÿøíèé äåíü äëÿ ðåøåíèÿ ïîäîáíûõ çàäà÷ ðàçðàáîòàíî íåñêîëüêî êîíöåïöèé, ó÷èòûâàþùèõ ïîòðåáèòåëüñêèå õàðàêòåðèñòèêè è ïëàòåæåñïîñîáíîñòü àáîíåíòîâ. Ïðàêòè÷åñêè âñå îíè èñïîëüçóþò â òîé èëè èíîé ñòåïåíè âîëîêîííî-îïòè÷åñêèå ëèíèè ñâÿçè, êîòîðûå çíà÷èòåëüíî óâåëè÷èâàþò ïðîïóñêíóþ ñïîñîáíîñòü è ïîçâîëÿþò âíåäðÿòü íîâûå øèðîêîïîëîñíûå ñëóæáû. Íàèáîëüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èëè òðè êîíöåïöèè: ãèáðèäíàÿ âîëîêîííî-êîàêñèàëüíàÿ ñåòü (HFC), êîíöåïöèÿ "âîëîêíî â óëè÷íûé ìîíòàæíûé øêàô" (FTTC) è êîíöåïöèÿ "âîëîêíî â êâàðòèðó" (FTTH). Ïî ïðîãíîçàì ýêñïåðòîâ, ê êîíöó 1998 ãîäà îáúåì ïðîäàæ âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ êîìïîíåíòîâ äëÿ øèðîêîïîëîñíûõ àáîíåíòñêèõ ñåòåé ñîñòàâèò 2/3 îò ïîëíîãî îáúåìà ïðîäàæ, êîòîðûé, êàê îæèäàåòñÿ, âûéäåò íà óðîâåíü 12 ìëðä. äîëë.; à êîíöó 2003 ãîäà ñîîòíîøåíèå åùå áîëüøå óâåëè÷èòñÿ è ñîñòàâèò óæå 3/4 ïðè ïîëíîì îáúåìå ïðîäàæ 30 ìëðä. äîëë. [1].
9.1. Êîíöåïöèè ðàçâèòèÿ àáîíåíòñêèõ ñåòåé Îäíèì èç ôàêòîðîâ, ïîä÷åðêèâàþùèõ ýïîõó òåëåêîììóíèêàöèîííûõ ðåâîëþöèé, â êîòîðîé ìû æèâåì, ÿâëÿåòñÿ íåïðåðûâíûé ðîñò îáúåìîâ ïåðåäàâàåìîé èíôîðìàöèè. Ïðè÷åì íå ïðåäâèäèòñÿ óìåíüøåíèå òåìïîâ ðîñòà ïî êðàéíåé ìåðå â áëèæàéøèå 5-10 ëåò. Èç òàáë. 9.1 âèäíî, êàê ñòðåìèòåëüíî âîçðàñòàåò ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ ïî ìåðå ïîÿâëåíèÿ íîâûõ è íîâûõ ìåäèà-ïðèëîæåíèé. Ýòî îáÿçûâàåò íîâûå àáîíåíòñêèå ñåòè, ñòðîÿùèåñÿ ñåãîäíÿ, èìåòü çàïàñ ïî íàðàùèâàíèþ, ò.å. äîñòàòî÷íî áîëüøóþ ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ êàíàëîâ. Ïîýòîìó, íå çàâèñèìî îò òîãî, ïëàíèðóåòñÿ ëè ñòðîèòü ñåòü ñ íóëÿ, èëè âûïîëíÿòü åå íàðàùèâàíèå, íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü åùå è äàëüíåéøèå íàðàùèâàíèÿ ñåòè. Áûëî áû îøèáêîé ïðåäñòàâëÿòü ñîâðåìåííóþ àáîíåíòñêóþ ñåòü, êàê íåêóþ çàêîñòåíåëóþ ñòðóêòóðó. Ñêîðåå ýòî – íåïðåðûâíî ðàçâèâàþùèéñÿ îðãàíèçì. Ñåòü ìîæåò ñòðîèòüñÿ ñ íóëÿ (íàïðèìåð, ïðè îáóñòðîéñòâå íîâîé æèëîé çîíû), ëèáî íàðàùèâàòüñÿ (ò.å. äîáàâëÿþòñÿ íîâûå ñëóæáû, íàïðèìåð èíòåðàêòèâíîå òåëåâèäåíèå, çàêðûòûå ÷àñòíûå êàíàëû êàáåëüíîãî òåëåâèäåíèÿ è ò.ä.). Êàêèì íàèëó÷øèì îáðàçîì ñòðîèòü àáîíåíòñêóþ ñåòü èëè ïðîèçâîäèòü åå íàðàùèâàíèå çàâèñèò îò ìíîæåñòâà ôàêòîðîâ, ñðåäè êîòîðûõ: êîíöåíòðàöèÿ àáîíåíòîâ â æèëîé çîíå, ïðèîðèòåòíîñòü â ñîîòâåòñòâóþùèõ óñëóãàõ, ñòåïåíü èõ ðàñïðåäåëåíèÿ ñðåäè àáîíåíòîâ, íàëè÷èå ñïóòíèêîâîãî è ýôèðíîãî òåëåâåùàíèÿ, ñîñòîÿíèå ñóùåñòâóþùåé êàáåëüíîé ñèñòåìû, îáúåì íåîáõîäèìûõ êàïèòàëîâëîæåíèé è äð.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
239
Òàáëèöà 9.1. Òðåáîâàíèÿ ê ïîëîñå ïðîïóñêàíèÿ äëÿ ðàçëè÷íûõ ìåäèà-ïðèëîæåíèé Ïðèëîæåíèå Ðå÷ü è ìóçûêà
Èçîáðàæåíèå
Òèï ïåðåäà÷è
Ôîðìàò ïåðåäà÷è
Ñêîðîñòü ïåðåäà÷è áåç ñæàòèÿ
Ñêîðîñòü ïåðåäà÷è ñî ñæàòèåì
64 êáèò/ñ
8-32 êáèò/ñ
128 êáèò/ñ
48-64 êáèò/ñ
Òåëåôîíèÿ
8 Êî/ñ × 8 áèò/î*
Òåëåêîíôåðåíöèè
16 Êî/ñ × 8 áèò/î*
CD-àóäèî
44,1 Êî/ñ × 16 áèò/î*
705,6 êáèò/ñ
128 êáèò/ñ
SVGA
640 ïèêñ/ëèí x 480 ëèí/c x 8 áèò/ïèêñ
2,458 Ìáèò/ñ
24-245 êáèò/ñ
JPEG
720 ïèêñ/ëèí x 576 ëèí/c x 16 áèò/ïèêñ
6,636 Ìáèò/ñ 104-830 êáèò/ñ
Èçîáðàæåíèå îáû÷íîãî ðàçðåøåíèÿ
Èçîáðàæåíèå âûñîêîãî ðàçðåøåíèÿ Áèçíåñâèäåî
Ñòðóêòóðà ïåðåäà÷è
Âèäåîôîí
Âèäåîêîíôåðåíöèè
Ðàçâëåêà- VCR òåëüíîå âèäåî Øèðîêîâåùàòåëüíîå òåëåâèäåíèå Òåëåâèäåíèå âûñîêîãî ðàçðåøåíèÿ
1280 ïèêñ/ëèí x 1024 ëèí/c 31,46 Ìáèò/ñ x 24 áèò/ïèêñ
300 êáèò/ñ3 Ìáèò/ñ
QCIF (H.261)
176 ïèêñ/ëèí x 144 ëèí/ê x 12 áèò/ïèêñ x 30 ê/ñ**
9,115 Ìáèò/ñ
p x 64 êáèò/ñ (p = 1, 2)
MPEG-4 (H.320)
176 ïèêñ/ëèí x 144 ëèí/ê x 12 áèò/ïèêñ x 10 ê/ñ
3,04 Ìáèò/ñ
64 êáèò/ñ
CIF (H.261)
352 ïèêñ/ëèí x 288 ëèí/ê x 12 áèò/ïèêñ x 30 ê/ñ***
MPEG-1 (PAL)
352 ïèêñ/ëèí x 288 ëèí/ê x 12 áèò/ïèêñ x 25 ê/ñ***
30,4 Ìáèò/ñ
1,15-3 Ìáèò/ñ
MPEG-1 (NTSC)
352 ïèêñ/ëèí x 240 ëèí/ê x 12 áèò/ïèêñ x 30 ê/ñ***
30,4 Ìáèò/ñ
1,15-3 Ìáèò/ñ
CIF (MPEG-2)
352 ïèêñ/ëèí x 240 ëèí/ê x 12 áèò/ïèêñ x 30 ê/ñ***
30,4 Ìáèò/ñ
4 Ìáèò/ñ
MPEG-2 (PAL)
720 ïèêñ/ëèí x 576 ëèí/ê x 12 áèò/ïèêñ x 25 ê/ñ***
124,4 Ìáèò/ñ
15 Ìáèò/ñ
MPEG-2 (NTSC)
720 ïèêñ/ëèí x 480 ëèí/ê x 12 áèò/ïèêñ x 30 ê/ñ***
124,3 Ìáèò/ñ
15 Ìáèò/ñ
36,45 Ìáèò/ñ m x 368 êáèò/ñ (m = 1, 2, 3, 4, 5)
HDTV
1920 ïèêñ/ëèí x 1080 ëèí/ê 994,3 Ìáèò/ñ x 16 áèò/ïèêñ x 30 ê/ñ***
135 Ìáèò/ñ
MPEG-3
1920 ïèêñ/ëèí x 1080 ëèí/ê 745,8 Ìáèò/ñ x 12 áèò/ïèêñ x 30 ê/ñ***
20-40 Ìáèò/ñ
* î – îáðàçåö, ** ê – êàäð *** ñêîðîñòü êàäðîâ ìîæåò áûòü 30, 15, 10 è 7,5 ê/ñ ïèêñ – ïèêñåë ëèí – ëèíèé CIF (common intermediate format) – îáùèé ïðîìåæóòî÷íûé ôîðìàò
QCIF (quarter common intermediate format) – êâàðòåðíûé îáîáùåííûé ïðîìåæóòî÷íûé ôîðìàò MPEG (moving pictures expert group) – íàáîð ñòàíäàðòîâ, îáåñïå÷èâàþùèõ ïåðåäà÷ó ïåðåìåííîãî ñæàòîãî âèäåîèçîáðàæåíèÿ JPEG (joint photographic expert group) – ñòàíäàðò ñæàòèÿ âèäåîêàäðà, ðàçðàáîòàííûé ãðóïïîé ýêñïåðòîâ
Îñíîâíûìè âèäàìè òåëåêîììóíèêàöèîííîãî ñåðâèñà, äîñòóïíîãî â íàñòîÿùåå âðåìÿ, ÿâëÿþòñÿ: •
òåëåôîíèÿ àíàëîãîâàÿ, (ìåíåå ìàññîâûå â Ðîññèè öèôðîâàÿ, ISDN);
•
òåëåâèäåíèå øèðîêîâåùàòåëüíîå (ýôèðíîå), êàáåëüíîå. Áîëåå ðåäêèå ðåàëèçàöèè:
•
íåïîñðåäñòâåííûé ïðèåì ïåðåäà÷ îò ñïóòíèêà;
•
èñïîëüçîâàíèå ñóùåñòâóþùåãî òåëåôîííîãî êàíàëà äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ äîìàøíåãî ÏÊ ê ñåòè Internet (ýëåêòðîííàÿ ïî÷òà, íèçêîñêîðîñòíîé äîñòóï ê áàíêàì èíôîðìàöèè).
240
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Ñòðåìèòåëüíî ðàçâèâàþùèéñÿ ïðîöåññ èíôîðìàòèçàöèè îáùåñòâà ãîâîðèò î òîì, ÷òî êàê ïðèâåäåííûå áîëåå ðåäêèå ñëóæáû, òàê è íîâûå ñëóæáû, êîòîðûå ïðàêòè÷åñêè íå ðàçâèòû ñåãîäíÿ, â ñêîðîé ïåðñïåêòèâå íàéäóò ìàññîâîãî ïîòðåáèòåëÿ. Ïåðå÷èñëèì îñíîâíûå òåëåêîììóíèêàöèîííûå ñëóæáû çàâòðàøíåãî äíÿ: •
òðàäèöèîííàÿ òåëåôîíèÿ (àíàëîãîâàÿ è öèôðîâàÿ);
•
òðàäèöèîííîå øèðîêîâåùàòåëüíîå (ýôèðíîå), êàáåëüíîå è ñïóòíèêîâîå òåëåâèäåíèå;
•
öèôðîâîå êàáåëüíîå òåëåâèäåíèå (ñ èñïîëüçîâàíèåì àëãîðèòìîâ ñæàòèÿ MPEG-2, MPEG-3);
•
èíòåðàêòèâíîå òåëåâèäåíèå è "çàêðûòûå" âèäåîêàíàëû;
•
ïîäêëþ÷åíèå ê ñåòè Internet ïî ñêîðîñòíûì êàíàëàì, ìèíóÿ òåëåôîííóþ ñåòü (âèäåîêîíôåðåíöèè, áûñòðûé äîñòóï ê áàíêàì äàííûõ è ò.ä.).
Òðàäèöèîííàÿ èíôîðìàöèîííàÿ àáîíåíòñêàÿ ñåòü Íà ðèñ. 9.1 ïîêàçàíà îáùàÿ ñõåìà ïîñòðîåíèÿ òðàäèöèîííîé àáîíåíòñêîé ñåòè. Ãîëîâíàÿ òåëåâèçèîííàÿ ñòàíöèÿ ïðèíèìàåò òåëåâèçèîííûå ñïóòíèêîâûå è ýôèðíûå êàíàëû, à òàêæå êàíàëû îò ëîêàëüíîé ñòóäèè êàáåëüíîãî òåëåâèäåíèÿ, âûïîëíÿåò èõ ÷àñòîòíîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå è íàïðàâëÿåò êîìáèíèðîâàííûé øèðîêîïîëîñíûé ñïåêòðàëüíûé ñèãíàë ïî ìàãèñòðàëüíîìó êîàêñèàëüíîìó êàáåëþ (trunk coax) – òàêîé ïîòîê òåëåâèçèîííûõ ïåðåäà÷ îò ãîëîâíîãî óçëà ê àáîíåíòàì ïðèíÿòî íàçûâàòü íèñõîäÿùèì ïîòîêîì. Îò ìàãèñòðàëüíîãî êàáåëÿ íà óçëàõ îòâåòâëåíèÿ – îòâåòâèòåëÿõ (tap) – ìîãóò îòäåëÿòüñÿ îäèí èëè íåñêîëüêî îòâåòâëåííûõ êîàêñèàëüíûõ êàáåëåé – êîàêñèàëüíûõ âåòâåé (feeder coax) – ïðè ýòîì îòâåòâèòåëü ìîæåò ñîäåðæàòü âñòðîåííûé ðàñïðåäåëèòåëüíûé óñèëèòåëü. Äàëüíåéøåå îòâåòâëåíèå êàáåëü èñïûòûâàåò, ïðèõîäÿ â àáîíåíòñêèé îòâåòâèòåëü, îò êîòîðîãî íåïîñðåäñòâåííî â êâàðòèðû àáîíåíòîâ ñëåäóþò ñïàäàþùèå êîàêñèàëüíûå êàáåëè (drop coax). Ìåäíûå òåëåôîííûå ìíîãîïàðíûå êàáåëè ïðîêëàäûâàþòñÿ îò ðàéîííîé ÀÒÑ äî óëè÷íûõ òåëåôîííûõ øêàôîâ, óñòàíîâëåííûõ â æèëûõ çîíàõ, â êàæäîì èç êîòîðûõ ïðîèñõîäèò êðîññèðîâàíèå âèòûõ ïàð êàáåëÿ îò ÀÒÑ è êàáåëåé îò àáîíåíòîâ. Èòàê, âî-ïåðâûõ, â òàêîé ñåòè àáîíåíòû îáåñïå÷èâàþòñÿ âîçìîæíîñòüþ ïðèåìà òåëåâèçèîííûõ êàíàëîâ. Âîâòîðûõ, àáîíåíòû îáåñïå÷èâàþòñÿ òåëåôîííûì ñåðâèñîì, êîòîðûé â îòëè÷èå îò òåëåâèäåíèÿ ÿâëÿåòñÿ äâóíàïðàâëåííûì. Õîòÿ òðàäèöèîííûå àáîíåíòñêèå ñåòè áóäóò çàìåíÿòüñÿ íîâûìè ñåòÿìè, íàïðèìåð HFC, îíè âñå åùå îáåñïå÷èâàþò î÷åíü áîëüøóþ èíñòàëëÿöèîííóþ áàçó. Ìàêñèìàëüíîå ðàññòîÿíèå îò ãîëîâíîãî óçëà äî ñàìîãî óäàëåííîãî àáîíåíòà ñîñòàâëÿåò 10-15 êì. Ìàêñèìàëüíîå ÷èñëî êàñêàäîâ óñèëèòåëåé – 35, ìàêñèìàëüíîå ÷èñëî àáîíåíòîâ, êîòîðûå ìîãóò áûòü ïîäêëþ÷åíû ê îäíîìó ìàãèñòðàëüíîìó êîàêñèàëüíîìó êàáåëþ, – 125000. Абоненты
Многопарные медные кабели Телефонная сеть
ВОК Ответвитель (TAP) Головной узел
Районная АТС
Усилитель
Студия кабельного телевидения
Телевизионное вещание
Телефония
Ðèñ. 9.1. Àðõèòåêòóðà òðàäèöèîííîé àáîíåíòñêîé ñåòè äîñòóïà
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
241
Îñíîâíîé íåäîñòàòîê äàííîé ñåòè – ýòî îãðàíè÷åííûå âîçìîæíîñòè äëÿ ðåàëèçàöèè äâóíàïðàâëåííûõ ñëóæá (âèäåîòåëåôîíèè, âèäåîêîíôåðåíöèé è ò.ä.). Ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ âèòîé ïàðû, äëèíà êîòîðîé ìîæåò äîñòèãàòü íåñêîëüêèõ êèëîìåòðîâ, î÷åíü íèçêàÿ. Ïðèåìëåìîé ìîæåò áûòü ñêîðîñòü 33,6 êáèò/ñ. Áîëüøèå ñêîðîñòè – 56 êáèò/ñ (íîâûé âíåäðÿåìûé ñòàíäàðò V.90), è 128 êáèò/ñ äëÿ ñåòåé ISDN (BRI) – áóäóò äîñòóïíû çíà÷èòåëüíî ìåíüøåìó ïðîöåíòó àáîíåíòîâ â ñèëó äâóõ ïðè÷èí: ñ îäíîé ñòîðîíû, èç-çà íèçêîé ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòè âèòûõ ïàð, ñ äðóãîé ñòîðîíû, èç-çà âûñîêîé öåíû, êîòîðóþ íóæíî ïëàòèòü çà ISDN ïîäêëþ÷åíèå. Îòäåëüíûå îðãàíèçàöèè ìîãóò èñïîëüçîâàòü ñóùåñòâóþùèå âèòûå ïàðû äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ ê óçëó Internet ïðîâàéäåðà ïî ìîäåìíîé ñâÿçè íà îñíîâå òåõíîëîãèè HDSL. Íî ýòî ñêîðåå ðåøàåò ÷àñòíóþ ïðîáëåìó.
Ãèáðèäíàÿ âîëîêîííî-êîàêñèàëüíàÿ ñåòü Ãèáðèäíàÿ âîëîêîííî-êîàêñèàëüíàÿ ñåòü HFC (hybrid fiber/coax) ñòðîèòñÿ íà îñíîâå êîàêñèàëüíîé è âîëîêîííî-îïòè÷åñêîé êàáåëüíûõ ñèñòåì è èñïîëüçóåò ëó÷øèå ÷åðòû êàæäîé èç íèõ (ðèñ. 9.2). Ñåòü HFC ìåíåå äîðîãàÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ ñåòüþ, â êîòîðîé âîëîêíî èäåò íåïîñðåäñòâåííî â êàæäûé äîì (êîíöåïöèÿ FTTH) – òîëüêî ñðåäíèå è êðóïíûå ïðåäïðèÿòèÿ ìîãóò ïîçâîëèòü ñåáå äîâåäåíèå âîëîêíà íåïîñðåäñòâåííî äî îôèñà.  òî æå âðåìÿ ñåòü HFC ïðåäîñòàâëÿåò çíà÷èòåëüíî áîëüøå óñëóã, ÷åì òðàäèöèîííûå ÷èñòî êîàêñèàëüíûå òåëåâèçèîííûå ñåòè. Ê òàêèì óñëóãàì îòíîñÿòñÿ: âèäåîñåðâèñ, òåëåôîíèÿ, èíòåðàêòèâíûå ñëóæáû, ñëóæáû ïåðåäà÷è äàííûõ è äð. [2]. Íàçíà÷åíèå âîëîêíà â ñåòÿõ HFC âî ìíîãîì òî æå, ÷òî è â òåëåôîííûõ ñåòÿõ, ãäå íà îñíîâå ÂÎÊ ñòðîÿòñÿ áîëåå ïðîòÿæåííûå ìàãèñòðàëüíûå ëèíèè ñâÿçè ìåæäó ðàéîííûìè è ãîðîäñêèìè ÀÒÑ.  ñåòÿõ HFC ìàêñèìàëüíàÿ äëèíà ÂÎÊ ìîæåò äîõîäèòü äî 80 êì.  òèïîâîé êîíôèãóðàöèè ìîíòèðóåìûå â ñòîéêó îïòè÷åñêèå ëàçåðíûå ïåðåäàò÷èêè (ïðåèìóùåñòâåííî íà îñíîâå DFB ëàçåðîâ) â öåíòðàëüíîì îôèñå èëè ãîëîâíîì óçëå ïðåîáðàçîâûâàþò øèðîêîïîëîñíûå ðàäèî÷àñòîòíûå ñèãíàëû â ýêâèâàëåíòíûå àíàëîãîâûå îïòè÷åñêèå ñèãíàëû, êîòîðûå ñëåäóþò ïî ÂÎÊ äî ñîîòâåòñòâóþùèõ îïòè÷åñêèõ ðàñïðåäåëèòåëüíûõ óçëîâ ODN (optical distribution node). Îïòè÷åñêèé ñèãíàë, ïðèõîäÿ â ODN, âíîâü ïðåîáðàçîâûâàåòñÿ â ýëåêòðè÷åñêèé è äàëåå ñëåäóåò ïî êîàêñèàëüíûì âåòâÿì îò êîíå÷íûõ àáîíåíòîâ äî àáîíåíòñêèõ îòâåòâèòåëåé. Ìàêñèìàëüíîå ÷èñëî óñèëèòåëåé â êîàêñèàëüíîé âåòâè âàðüèðóåòñÿ îò 4 äî 10 â çàâèñèìîñòè îò àðõèòåêòóðû ïðîèçâîäèòåëÿ. Ìàêñèìàëüíîå ÷èñëî àáîíåíòîâ â ðàñ÷åòå íà îäèí ìàãèñòðàëüíûé ÂÎÊ ñîñòàâëÿåò îò 500 äî 3000.
Оптический распределительный узел
Районная АТС
Абоненты
Ответвитель (TAP) ВОК Головной узел Студия кабельного телевидения Internet провайдер
ODN
Телевизионное вещание Телефония, другие службы
ODN
Усилитель с обратным каналом
Ðèñ. 9.2. Àðõèòåêòóðà ãèáðèäíîé âîëîêîííî-êîàêñèàëüíîé ñåòè àáîíåíòñêîãî äîñòóïà (HFC)
242
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Ïðèíöèïèàëüíûì îòëè÷èåì òàêèõ ñåòåé îò òðàäèöèîííûõ êîàêñèàëüíûõ àáîíåíòñêèõ êàáåëüíûõ ñåòåé (íàðÿäó ñ òåì, ÷òî äîáàâëåí âîëîêîííî-îïòè÷åñêèé òðàêò) ÿâëÿåòñÿ äâóíàïðàâëåííûé òðàíñïîðò, òî åñòü ïîÿâëÿåòñÿ ïîòîê îò àáîíåíòîâ ê ãîëîâíîìó óçëó – âîñõîäÿùèé ïîòîê.
Êîíöåïöèÿ "âîëîêíî â ìîíòàæíûé øêàô" Êîíöåïöèÿ "âîëîêíî â ìîíòàæíûé øêàô" FTTC (fiber to the curb) îáåñïå÷èâàåò îäèí èç ïðîñòåéøèõ è ìåíåå äîðîãèõ ñïîñîáîâ íàðàùèâàíèÿ ñåòè è ïðåäîñòàâëåíèÿ íîâûõ ñëóæá àáîíåíòàì (ðèñ. 9.3).  FTTC âîëîêîííî-îïòè÷åñêèé êàáåëü èç öåíòðàëüíîãî óçëà (ðàéîííîé ÀÒÑ, èëè óçëà îïåðàòîðà óñëóã ñâÿçè) ïðèõîäèò â ìîíòàæíûé øêàô (curb). Ìîíòàæíûé øêàô, êîòîðûé îñíàùàåòñÿ ýëåêòðîííûì ðàñïðåäåëèòåëüíûì îáîðóäîâàíèåì, ìîæåò áûòü êàê óëè÷íîãî èñïîëíåíèÿ (òîãäà îí äîëæåí îòàïëèâàòüñÿ è, ïî âîçìîæíîñòè, áûòü ãåðìåòè÷íûì), òàê è èñïîëíåíèÿ äëÿ óñòàíîâêè âíóòðè ïîìåùåíèé. Îò øêàôà ê àáîíåíòàì èäóò âèòûå ïàðû.  îòëè÷èå îò òåëåôîííûõ ïàð, ýòè âèòûå ïàðû èìåþò ëó÷øèå òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè è çíà÷èòåëüíî ìåíüøóþ äëèíó (äî 100 ì), ÷òî îáåñïå÷èâàåò èì çíà÷èòåëüíî âûøå ïðîïóñêíóþ ñïîñîáíîñòü (äî 100 Ìáèò/ñ è áîëåå). Ïîýòîìó îòêðûâàåòñÿ âîçìîæíîñòü íîâûì èíòåðàêòèâíûì óñëóãàì, ñðåäè êîòîðûõ: Internet, âèäåîêîíôåðåíöèè, ïðèåì ñæàòûõ âèäåîïåðåäà÷ â ôîðìàòå MPEG-2/MPEG-3 è ò.ä.  ýòîé êîíöåïöèè ñîõðàíåíà ñóùåñòâóþùàÿ êîàêñèàëüíàÿ êàáåëüíàÿ ñèñòåìà, ïîñðåäñòâîì êîòîðîé àáîíåíòû ïîëó÷àþò àíàëîãîâûå òåëåâèçèîííûå êàíàëû. Абоненты
Коаксиальная кабельная система
Витая пара Телефонная сеть
Curb
ВОК Усилитель Головной узел
Ответвитель (TAP)
Районная АТС Curb
Студия кабельного телевидения
Телевизионное вещание
Телефония, другие службы
Internet провайдер
Ðèñ. 9.3. Êîíöåïöèÿ "âîëîêíî â óëè÷íûé ìîíòàæíûé øêàô" (FTTC)
Êîíöåïöèÿ "âîëîêíî â êâàðòèðó" Íà ñåãîäíÿøíèé äåíü êîíöåïöèÿ "âîëîêíî â êâàðòèðó" FTTH (fiber to the home) áåçóñëîâíî ÿâëÿåòñÿ ñàìîé äîðîãîé. Óñïåõ â åå ðàçâèòèè âî ìíîãîì çàâèñèò îò òîãî, êàê ñèëüíî áóäóò ñíèæàòüñÿ ñòîèìîñòü âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ êîìïîíåíòîâ, â îñîáåííîñòè ëàçåðíûõ ïåðåäàò÷èêîâ, à òàêæå ðàñöåíêè íà èíñòàëëÿöèþ òàêèõ êàáåëüíûõ ñèñòåì. Íàèáîëåå ñèëüíî êîíöåïöèÿ FTTH ïðîðàáàòûâàåòñÿ â ßïîíèè [1], õîòÿ è òàì îíà çàíèìàåò òðåòüå ìåñòî ïîñëå HFC è FTTC.  ýòîé êîíöåïöèè âîëîêíî îò ãîëîâíîãî óçëà ñëåäóåò íåïîñðåäñòâåííî â êâàðòèðó àáîíåíòà (ðèñ. 9.4). Íà ïóòè ìîãóò óñòàíàâëèâàòüñÿ ïàññèâíûå îïòè÷åñêèå ðàñïðåäåëèòåëüíûå êðîññû, êîòîðûå "äðîáÿò" ìíîãîæèëüíûå ÂÎÊ â êàáåëè ñ ìåíüøèì ÷èñëîì âîëîêîí, â ÷àñòíîñòè, äâóæèëüíûå.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
243
Оптический распределительный кросс
Абоненты
Множильный ВОК Двужильный ВОК
Головной узел
Коммутируемое цифровое телевидение Телефония, другие службы
Ðèñ. 9.4. Êîíöåïöèÿ "âîëîêíî â êâàðòèðó" (FTTH)
9.2. Ñåòè HFC Ñåòü HFC ïðåäïîëàãàåò óñòàíîâêó âçàèìîñîãëàñîâàííîãî îáîðóäîâàíèÿ íà ãîëîâíîì óçëå (HC, headend controller, ãîëîâíîé êîíòðîëëåð), íà îïòè÷åñêîì ðàñïðåäåëèòåëüíîì óçëå (ODN) è íà àáîíåíòñêîé ñòîðîíå (ISU, integrated service unit, àáîíåíòñêîå óñòðîéñòâî).  íàñòîÿùåå âðåìÿ èäåò ðàçðàáîòêà ñòàíäàðòà IEEE 802.14, îïðåäåëÿþùåãî ìåòîäû äîñòóïà ê ñåòÿì êàáåëüíîãî òåëåâèäåíèÿ – MAC óðîâåíü (â îñîáåííîñòè ýòî êàñàåòñÿ ñåòåé HFC), à òàêæå ðåãëàìåíòèðóþùåãî ñïåöèôèêàöèè ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ, ñèñòåìó ñèãíàëèçàöèè è ïðîòîêîëû âçàèìîäåéñòâèÿ ñ ëîêàëüíûìè è ãëîáàëüíûìè ñåòÿìè ïåðåäà÷è äàííûõ [5]. Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî ñòàíäàðòèçàöèÿ ïîêà åùå íå çàâåðøåíà, ìíîãèå êîìïàíèè, ñïåöèàëèçèðóþùèåñÿ â ñôåðå ïðîèçâîäñòâà òåëåêîììóíèêàöèîííîãî ñåòåâîãî îáîðóäîâàíèÿ, óæå íåñêîëüêî ëåò ïîñòàâëÿþò áîëüøîé ïåðå÷åíü îáîðóäîâàíèÿ, èìåÿ êðóïíûå êîíòðàêòû ñ îïåðàòîðàìè óñëóã ñâÿçè íà ðàçâåðòûâàíèå ñåòåé HFC. Íàèáîëåå ïðîäâèíóòûå ðåøåíèÿ ïðåäîñòàâëÿþò êîìïàíèè: ADC Telecommunications, Motorola, Nortel, NTT, Scientific Atlanta, Warner Cable [4, 5]. Îòñóòñòâèå åäèíîãî ñòàíäàðòà íå ïðîòèâîðå÷èò ñòðîèòåëüñòâó HFC ñåòåé. Âî-ïåðâûõ, îíè îáåñïå÷èâàþò óíèâåðñàëüíûå òðàíñïîðòíûå ðåøåíèÿ, æåñòêî ïðèâÿçûâàÿñü ê âûðàáîòàííîìó ÷àñòîòíîìó ïëàíó äëÿ íèñõîäÿùèõ è âîñõîäÿùèõ ïîòîêîâ â ñîîòâåòñòâèè ñî ñòàíäàðòàìè ñåòîê øèðîêîâåùàòåëüíîãî òåëåâèäåíèÿ. Âî-âòîðûõ, çàëîæåíû âîçìîæíîñòè ïî íàðàùèâàíèþ ñåòè, â ÷àñòíîñòè, èñïîëüçîâàíèå äèàïàçîíà âåðõíåé ÷àñòè ñïåêòðà äî 1 ÃÃö.
Ñïåöèôèêàöèè ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ ñòàíäàðòà 802.14 Ñïåöèôèêàöèè ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ 802.14 ïîääåðæèâàþò àññèìåòðè÷íóþ äâóíàïðàâëåííóþ ïåðåäà÷ó ñèãíàëîâ ïî ñåòè HFC. Ñåòü HFC äîïóñêàåò äëÿ íèñõîäÿùèõ ïîòîêîâ ñîåäèíåíèÿ òèïà "òî÷êà-ìíîæåñòâî òî÷åê" ñ îáîáùåííîé òîïîëîãèåé äîñòóïà ðàçâåòâëåííîãî äåðåâà, à äëÿ âîñõîäÿùèõ ïîòîêîâ ñîåäèíåíèÿ òèïà "ìíîæåñòâî òî÷åê-òî÷êà" – ñ òîïîëîãèåé øèííîãî äîñòóïà. Ïåðåäà÷à íèñõîäÿùåãî ïîòîêà ôîðìèðóåòñÿ êîíòðîëëåðîì HC è ÿâëÿåòñÿ øèðîêîâåùàòåëüíîé, ò.å. îáÿçàòåëüíîé äëÿ ïðèåìà âñåìè àáîíåíòñêèìè óñòðîéñòâàìè. Ïåðåäà÷è âîñõîäÿùåãî ïîòîêà ôîðìèðóþòñÿ óñòðîéñòâàìè ISU íà àáîíåíòñêîé ñòîðîíå è äîñòèãàþò HC ïî îáùåé ðàñïðåäåëåííîé êîàêñèàëüíîé ñðåäå. Îäíà èç âàæíûõ çàäà÷, êîòîðàÿ ðåøàåòñÿ â ðàìêàõ ñòàíäàðòà 802.14 – ýòî ïîääåðæêà ïðîòîêîëîì MAC ðàçëè÷íûõ òèïîâ òðàôèêà.  îòëè÷èå îò ìíîãèõ äðóãèõ ñòàíäàðòîâ ñåòåé, ñåòü HFC äîëæíà ïîääåðæèâàòü òðè ãëàâíûå ñëóæáû [1, 6]: •
ïîñòîÿííàÿ áèòîâàÿ ñêîðîñòü (CBR);
•
ïåðåìåííàÿ áèòîâàÿ ñêîðîñòü (VBR);
•
äîñòóïíàÿ áèòîâàÿ ñêîðîñòü (ABR).
244
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Ýòè ñëóæáû èìåþò íåñêîëüêî ðàçëè÷íûõ àòðèáóòîâ, â ÷àñòíîñòè, äîïóñòèìûå çàäåðæêè, "âçðûâíîé" õàðàêòåð òðàôèêà. Îäíè ïðèëîæåíèÿ àñèììåòðè÷íû ïî ïðèðîäå, íàïðèìåð òåëåâèçèîííûå òðàíñëÿöèè. Äðóãèå ïðèëîæåíèÿ, íàîáîðîò, ñòðîãî äîëæíû áûòü ñèììåòðè÷íûìè: ãîëîñîâàÿ ñâÿçü, âèäåîòåëåôîíèÿ. Âñå ýòè òðåáîâàíèÿ ó÷èòûâàëèñü ïðè ñîçäàíèè íàèáîëåå îïòèìàëüíîãî ïðîòîêîëà.
×àñòîòíîå ðàñïðåäåëåíèå ïîòîêîâ Îáùàÿ ñõåìà ÷àñòîòíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ïîòîêîâ ïîêàçàíà íà ðèñ. 9.5. Êàê âèäíî, ïåðâîíà÷àëüíî ïðåäïîëàãàåòñÿ èñïîëüçîâàòü îáëàñòü ÷àñòîò îò 5 äî 862 ÌÃö, à â ïåðñïåêòèâå è îáëàñòü îò 862 ÌÃö äî1 ÃÃö. Ïîä òðàäèöèîííîå àíàëîãîâîå òåëåâèäåíèå îòâîäÿòñÿ ÷àñòîòû îò 50 äî 550 ÌÃö.  Ðîññèè ïðèíÿòà òåëåâèçèîííàÿ ÷àñòîòíàÿ ñåòêà ñ âûäåëåíèåì ïîëîñû 8 ÌÃö íà êàæäûé òåëåâèçèîííûé êàíàë. Ñïåêòð îò 550 äî 862 ÌÃö ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ ïåðåäà÷è öèôðîâûõ øèðîêîâåùàòåëüíûõ òåëåâèçèîííûõ ïåðåäà÷, ïåðåäàâàåìûõ â ôîðìàòå MPEG-2/MPEG-3, äëÿ îðãàíèçàöèè âèäåî è îáû÷íîé òåëåôîíèè, à òàêæå äëÿ òðàíñëÿöèè çàêðûòûõ êàíàëîâ "âèäåî ïî òðåáîâàíèþ" VOD (video on demand) è èíòåðàêòèâíîãî âèäåî. Восходящий цифровой поток 1 2
...
Нисходящий цифровой поток
n
1 2 3 Нисходящий аналоговый поток (телевизионные каналы)
... 5
... ...
50
550
m Службы будущего (двунаправленные) 862
1000 МГц
Ðèñ. 9.5. ×àñòîòíîå ðàñïðåäåëåíèå ïîòîêîâ â êîàêñèàëüíîé âåòâè
Ðàñïðåäåëåíèå âîñõîäÿùèõ ïîòîêîâ Íåñóùèå ÷àñòîòû
fc
äîëæíû óäîâëåòâîðÿòü óñëîâèþ:
R R f min + (1 + α) ⋅ s < (f c = n ⋅ (40 кГц)) < f max − (1 + α) ⋅ s , 2 2 ãäå âûðàâíèâàþùèé ôàêòîð (roll-off factor) ðåäà÷è íà íåñóùåé ÷àñòîòå, à
f min
è
α = 0,25 , n – öåëîå, R s – ñèìâîëüíàÿ ñêîðîñòü ïå-
f max îïðåäåëÿþòñÿ èç òàáë. 9.2.
Òàáëèöà 9.2. Ïëàí âîñõîäÿùèõ öèôðîâûõ ïîòîêîâ äëÿ çîíû "sub-split" Ðåãèîí
f min
(ÌÃö)
f max
(ÌÃö)
Ñåâåðíàÿ Àìåðèêà
5
42
Åâðîïà
5
65
ßïîíèÿ
5
55
Íåêîòîðûå ïðåäïðèÿòèÿ ïî ïðîèçâîäñòâó êîàêñèàëüíîãî êàáåëÿ íàìåðåâàþòñÿ ñòàíäàðòèçèðîâàòü äëÿ âîñõîäÿùåãî öèôðîâîãî ïîòîêà åùå äâå ðàñøèðåííûå çîíû "mid-split" è "high-split" ñ ÷àñòîòíûìè îêíàìè îò 5 äî 108 ÌÃö è îò 5 äî 174 ÌÃö ñîîòâåòñòâåííî. ×àñòîòíîå ðàñïðåäåëåíèå äëÿ âîñõîäÿùèõ ïîòîêîâ äîëæíî áûòü ïðèïèñàíî êîíòðîëëåðó ãîëîâíîãî óçëà, ñ ó÷åòîì òîãî, ÷òî ñïåêòðàëüíàÿ ïîëîñà íà êàíàë çàâèñèò îò èñïîëüçóåìîé ñêîðîñòè ïåðåäà÷è ñèìâîëîâ. Ïðè ýòîì ìèíèìàëüíûé ðàçìåð ñïåêòðàëüíîé ïîëîñû íà êàíàë äîëæåí áûòü ðàâåí (1 + α) ⋅ R s . Óñëîâèå èñêëþ÷åíèÿ ïåðåêðûòèÿ äâóõ ñîñåäíèõ êàíàëîâ ñ íåÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
245
ñóùèìè ÷àñòîòàìè
R s2
f c1
è
f c 2 ( f c 2 > f c1 )
è ñîîòâåòñòâóþùèìè ñèìâîëüíûìè ñêîðîñòÿìè
R s1
è
çàïèñûâàåòñÿ êàê:
R R f c1 + (1 + α) ⋅ s1 = f c 2 − (1 + α) ⋅ s 2 . 2 2 Íà ïðàêòèêå âûáîð ÷àñòîòíîãî ðàçìåùåíèÿ êàíàëîâ çàâèñèò îò ðÿäà ôàêòîðîâ (êàê, íàïðèìåð, èçáåæàíèå ïåðåêðûòèé ïðè äîñòóïå, ââîäèìàÿ è òåðÿåìàÿ ìîùíîñòü) è íå ðåãëàìåíòèðóåòñÿ ñòàíäàðòîì 802.14.
Ðàñïðåäåëåíèå íèñõîäÿùèõ ïîòîêîâ Îêíî, â êîòîðîì äîïóñêàåòñÿ ðàçìåùåíèå íèñõîäÿùèõ öèôðîâûõ ïîòîêîâ, ðàçëè÷àåòñÿ äëÿ òðåõ ðåãèîíîâ (òàáë. 9.3). Áîëüøîé ðàçìåð îêíà íå îçíà÷àåò, ÷òî ìîæíî ñâîáîäíî èñïîëüçîâàòü ëþáîé ó÷àñòîê ñïåêòðà. Íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü, ÷òî â ýòîò æå ñïåêòðàëüíûé äèàïàçîí ïîïàäàþò àíàëîãîâûå òåëåâèçèîííûé êàíàëû, ÷àñòîòíîå ðàçìåùåíèå êîòîðûõ ñòðîãî îïðåäåëåíî òåëåêîììóíèêàöèîííûì çàêîíîäàòåëüñòâîì ãîñóäàðñòâà.
Òàáëèöà 9.3. Ïëàí íèñõîäÿùèõ öèôðîâûõ ïîòîêîâ Ðåãèîí Ñåâåðíàÿ Àìåðèêà
f min
(ÌÃö)
f max
(ÌÃö)
88
860
Åâðîïà
110
862
ßïîíèÿ
90
770
Ôèçè÷åñêèå îñîáåííîñòè âîñõîäÿùèõ è íèñõîäÿùèõ ïîòîêîâ Èñïîëüçîâàíèå ìîäóëÿöèîííûõ ñõåì íà îñíîâå êâàäðàòóðíîé àìïëèòóäíîé ìîäóëÿöèè QAM64 è QAM-256 ïîçâîëÿåò ïåðåäàâàòü íèñõîäÿùèå öèôðîâûå êàíàëû ñî ñêîðîñòüþ 30-40 Ìáèò/c, ÷òî âîçìîæíî áëàãîäàðÿ íèçêîìó óðîâíþ øóìà. Îáðàòíûé âîñõîäÿùèé öèôðîâîé ïîòîê èñïîëüçóåò áîëåå ïîìåõîóñòîé÷èâûå ìîäóëÿöèè QAM-16 è/èëè êâàäðàòóðíî-ôàçîâóþ ìîäóëÿöèþ QPSK, òàê êàê, áóäó÷è ðàçìåùåííûì â íèçêî÷àñòîòíîé ÷àñòè ñïåêòðà, ñèëüíåé ïîäâåðæåí âëèÿíèþ øóìà. QPSK ïîçâîëÿåò ïåðåäàâàòü ïîòîêè ïîëîñîé äî 2-10 Ìáèò/c. Ïî÷åìó æå âîñõîäÿùèé ïîòîê ðàçìåùàåòñÿ â íèæíåé ÷àñòè ñïåêòðà (5-45 ÌÃö)? Ïðåæäå âñåãî, ýòî ñâÿçàííî ñ àñèììåòðè÷íîñòüþ íèñõîäÿùåãî è âîñõîäÿùåãî ïîòîêîâ. Äëÿ óâåëè÷åíèÿ îáùåé (ñóììàðíîé â îáîèõ íàïðàâëåíèÿõ) ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòè, ìåíüøèé ïî âåëè÷èíå ïîòîê ñëåäóåò ðàçìåùàòü â îáëàñòè ñïåêòðà ñ áîëüøåé èçáûòî÷íîñòüþ êîäà. Êàê ñëåäñòâèå, ðàçìåùåíèå âîñõîäÿùåãî ïîòîêà â íèæíåé ÷àñòè ñïåêòðà ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü â êîàêñèàëüíûõ âåòâÿõ íå òîëüêî äâóíàïðàâëåííûå óñèëèòåëè, íî è óñèëèòåëè ñ îáðàòíûì êàíàëîì, êîòîðûå â ïðÿìîì íàïðàâëåíèè óñèëèâàþò ñèãíàë, à â îáðàòíîì ïðîïóñêàþò åãî áåç èçìåíåíèÿ. Ïîñêîëüêó çàòóõàíèå ñèãíàëà â êîàêñèàëüíîì êàáåëå çíà÷èòåëüíî ìåíüøå â íèçêî÷àñòîòíîé îáëàñòè ñïåêòðà, òî ýòî ïîçâîëÿåò ñèãíàëó îò àáîíåíòà äîéòè äî ïðèåìíèêà íà ODN áåç ïðîìåæóòî÷íîãî óñèëåíèÿ ïðè ñîõðàíåíèè íåîáõîäèìîé ìîùíîñòè íà ïðèåìå. Òðè òèïà ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ PHY äëÿ íèñõîäÿùèõ ïîòîêîâ A,  è Ñ ïîääåðæèâàþòñÿ ñòàíäàðòîì 802.14 (òàáë. 9.4). Òèï C èäåíòè÷åí òèïó A çà ãëàâíûì èñêëþ÷åíèåì, ÷òî òèï A èñïîëüçóåò êàíàë ðàçìåðîì 8 ÌÃö (PAL/SECAM), à òèï C – 6 ÌÃö (NTSC). Îñíîâíîå îòëè÷èå òèïîâ A è C îò B ñîñòîèò â ìåòîäå êîäèðîâàíèÿ.
246
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Òàáëèöà 9.4. Îñíîâíûå ïàðàìåòðû ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ äëÿ òðåõ òèïîâ íèñõîäÿùèõ ïîòîêîâ: A, B, C Ïàðàìåòðû Íîìèíàëüíàÿ ïîëîñà, ÌÃö
A
B
C
8
6
6
Ìåòîä êîäèðîâàíèÿ äëÿ êîððåêöèè îøèáîê
áëî÷íîå RS-êîäèðîâàíèå óñå÷åííîå êîäèðîâàíèå (RS – Reed-Solomon) ñ âíåøíèì RS-êîäîì
Ìîäóëÿöèÿ
QAM-64
Íåñóùàÿ ÷àñòîòà
(n ⋅ 250) ± 30
f c , êÃö
Âûðàâíèâàþùèé ôàêòîð,
QAM-256
α
Ñèìâîëüíàÿ ñêîðîñòü
R s , Ìñèìâîëîâ/c
0,15 6,0-6,95
QAM-64
QAM-256 QAM-64
(n ⋅ 250) ± 30 0,18 5,057-5,064
áëî÷íîå RSêîäèðîâàíèå QAM-256
(n ⋅ 250) ± 30
0,12
0,13
5,19-5,36
5,0-5,31
Ïîäâîäÿ èòîã âûøåèçëîæåííîìó, ñôîðìóëèðóåì îñíîâíûå ïðèíöèïû, íà êîòîðûõ ñòðîÿòñÿ HFC ñåòè, è òåíäåíöèè èõ äàëüíåéøåãî ðàçâèòèÿ. •
Ãèáðèäíàÿ ñèñòåìà: âîëîêîííî-îïòè÷åñêèé êàáåëü ïëþñ êîàêñèàëüíûé êàáåëü è âèòàÿ ïàðà. Çàëîæåí ïîñòåïåííûé ïåðåõîä ê èíôðàñòðóêòóðå FTTH ñ ðàçâèòèåì òåõíîëîãè÷åñêîé è ýêîíîìè÷åñêîé áàçû.
•
Ãèáðèäíàÿ ïåðåäà÷à èíôîðìàöèè: àíàëîãîâàÿ è öèôðîâàÿ. Äîïóñêàåòñÿ ïîñòåïåííûé ïåðåõîä ê èñïîëüçîâàíèþ òîëüêî öèôðîâîé ïåðåäà÷è.
•
Øèðîêîïîëîñíûå àñèììåòðè÷íûå ïîòîêè: ïîòîê îò ãîëîâíîé ñòàíöèè ê àáîíåíòó çíà÷èòåëüíî ïðåâûøàåò îáðàòíûé. Äîïóñêàåòñÿ ïîñòåïåííàÿ ìèãðàöèÿ ê áîëåå ñèììåòðè÷íîìó òðàôèêó, êîãäà âîçðàñòàåò îáúåì âîñõîäÿùèõ ïîòîêîâ, â ÷àñòíîñòè èñïîëüçîâàíèå âûñîêî÷àñòîòíîé ÷àñòè ñïåêòðà äî 1 ÃÃö äëÿ äâóíàïðàâëåííîãî ñåðâèñà.
•
Ðàñïðåäåëåííàÿ àðõèòåêòóðà ñåòè: ñåòåâûå óñòðîéñòâà óñòàíàâëèâàþòñÿ íà ãîëîâíîé ñòàíöèè, ñ ðàñïðåäåëèòåëüíûì óçëîì íà àáîíåíòñêîé ñòîðîíå. Âîçìîæíî ïîñòåïåííîå âûðàâíèâàíèå èíòåëëåêòóàëüíîñòè ìåæäó ýëåìåíòàìè ñåòè.
•
Èíòåãðèðîâàííûå ïîòîêè èíôîðìàöèè, îõâàòûâàþùèå ïî÷òè âñå åå òèïû: ãîëîñ, âèäåî, äàííûå ðàçëè÷íûõ ôîðìàòîâ. Ñòàíäàðòîì IEEE 802.14 ïðåäóñìàòðèâàåòñÿ ïåðåõîä ê óíèâåðñàëüíîìó òðàíñïîðòó èíôîðìàöèè íà îñíîâå òåõíîëîãèè ATM.
•
Èíòåëëåêòóàëüíîå öåíòðàëèçîâàííîå óïðàâëåíèå ñåòüþ, ìîíèòîðèíã, òåñòèðîâàíèå, ðàñïðåäåëåííûé äîñòóï ê óïðàâëåíèþ. Äîïóñêàåòñÿ ïåðåðàñïðåäåëåíèå èíôîðìàöèîííûõ ïîòîêîâ ñ äèôôåðåíöèàöèåé ïîòîêîâ äëÿ îðãàíèçàöèè óñëóã è ïîòîêîâ óïðàâëåíèÿ ýëåìåíòàìè ñåòè.
•
Æèâó÷åñòü: "ãíåçäîâàÿ" ñòðóêòóðà ñ ðåçåðâèðîâàíèåì êàáåëüíîé ÷àñòè ñåòè è îñíîâíîãî îáîðóäîâàíèÿ. Àâòîìàòè÷åñêîå ïåðåêîíôèãóðèðîâàíèå â ñëó÷àå àâàðèè. Ðàñïðåäåëåííûå êîìïëåêñíûå ñèñòåìû ïèòàíèÿ.
Êàê âèäíî èç ïåðå÷èñëåííûõ õàðàêòåðèñòèê, ñåòè HFC ÿâëÿþòñÿ ãèáðèäîì âî âñåõ ñìûñëàõ: "îïòèêà – ìåäü"; "öèôðû – àíàëîã"; "øèðîêèé äèàïàçîí – óçêèé äèàïàçîí"; "ðàñïðåäåëåííîñòü – öåíòðàëèçàöèÿ"; "óíèâåðñàëüíîñòü äàííûõ – ñïåöèàëüíûå ïðîòîêîëû". Òàêèì îáðàçîì, ñåòü HFC äàåò âîçìîæíîñòü ïîñòåïåííîìó ïåðåõîäó îò òðàäèöèîííûõ àáîíåíòñêèõ ñåòåé ê áîëåå ïåðñïåêòèâíûì ñåòÿì, ìàêñèìàëüíî èñïîëüçóÿ ñóùåñòâóþùóþ êàáåëüíóþ èíôðàñòðóêòóðó è òåëåêîììóíèêàöèîííîå îáîðóäîâàíèå.
9.3. Ïëàòôîðìà äîñòóïà Homeworx Ðàññìîòðåíèå ìíîãèõ èíæåíåðíûõ ðåøåíèé, òåõíè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê ëåã÷å ïðîâîäèòü íà îñíîâå êîíêðåòíîãî îáîðóäîâàíèÿ. Ýòî ïîçâîëÿåò ëó÷øå ïîíÿòü âñå äîñòîèíñòâà è íåäîñòàòêè ñåòè HFC. Äàëåå ðàññìîòðåíà ïëàòôîðìà äîñòóïà Homeworx™ ôèðìû ADC Telecommunications, [4].
Ïðåäîñòàâëÿåìûå óñëóãè Îñíîâíûå âèäû óñëóã, ïðåäîñòàâëÿåìûå ïëàòôîðìîé Homeworx, ïðèâåäåíû â òàáë. 9.5. ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
247
Òàáëèöà 9.5. Óñëóãè, ïðåäîñòàâëÿåìûå ïëàòôîðìîé Homeworx Òåëåêîììóíèêàöèîííûå óñëóãè Òåëåôîíèÿ Ïîäêëþ÷åíèå ê ëîêàëüíûì è ãëîáàëüíûì ñåòÿì
Èíôîðìàöèîííûå è ðàçâëåêàòåëüíûå óñëóãè
Äîïîëíèòåëüíûå óñëóãè
60 êàíàëîâ ýôèðíîãî òåëåâèäåíèÿ Êîíòðîëüíûå äàò÷èêè ïîæàðíîé, îõðàííîé ñèãíàëèçàöèè êîíòðîëÿ 200 êàíàëîâ "âèäåî ïî òðåáîâàíèþ" (ó÷åáíûå ïðîãðàììû, íîâî- óðîâíÿ âîäû â âàííîé è ò.ï.
ñòè, âèäåîáèáëèîòåêè, èíôîðìàöèîííûå ñâîäêè, õóäîæåñòâåííûå Âûäåëåííûå öèôðîâûå êàíàëû ôèëüìû, èíòåðàêòèâíûå èãðû è ñâÿçè äî 2-õ ìáèò/c ò.ä.) Âèäåîêîíôåðåíöñâÿçü Óñëóãè Internet
Óäàëåííûé êîíòðîëü çà îáúåêòîì Ðàñ÷åòíî-êàññîâîå îáñëóæèâàíèå ñ áàíêàìè, ìàãàçèíàìè è ò.ä.
Îñíîâíûå ýëåìåíòû àðõèòåêòóðû Ýëåìåíòû àðõèòåêòóðû Homeworx îõâàòûâàþò âñå ýòàïû äîâåäåíèÿ èíôîðìàöèîííûõ êàíàëîâ îò ãîëîâíîé ñòàíöèè ÷åðåç îïòè÷åñêèå ðàñïðåäåëèòåëüíûå óçëû äî àáîíåíòîâ: 1. Îáîðóäîâàíèå ãîëîâíîé ñòàíöèè è öåíòðàëüíîãî óçëà: Îïòè÷åñêèå ïåðåäàò÷èêè, ïðèåìíèêè è òðàíñèâåðû. Êîìáàéíåðû, ìîäóëÿòîðû, øèôðàòîðû, ìóëüòèïëåêñîðû. Ãîëîâíîé öèôðîâîé òåðìèíàë (HDT). Ýëåìåíòû ñèñòåìû êîíòðîëÿ è óïðàâëåíèÿ. Ñèñòåìû øèðîêîïîëîñíîé áåñïðîâîäíîé ñâÿçè. Óñòðîéñòâà ïàññèâíîé îïòèêè. 2. Îïòè÷åñêèå ðàñïðåäåëèòåëüíûå óçëû (ODN): Îïòè÷åñêèå óçëû. Ñèñòåìû ïèòàíèÿ, îïòè÷åñêèå óñèëèòåëè, øêàôû äëÿ ðàçìåùåíèÿ îáîðóäîâàíèÿ. 3. Îáîðóäîâàíèå, óñòàíàâëèâàåìîå íà ñòîðîíå àáîíåíòà è íåïîñðåäñòâåííî ó àáîíåíòà: Óñòðîéñòâà èíòåãðèðîâàííîãî ñåðâèñà äëÿ âûäåëåíèÿ öèôðîâûõ êàíàëîâ ñ ïðåîáðàçîâàíèåì èíòåðôåéñîâ (ISU, ìîäåìû, ìîñòû, ìàðøðóòèçàòîðû, óñòðîéñòâà ïðåîáðàçîâàíèÿ ôîðìàòîâ äàííûõ). Set-top-unit – äëÿ âèäåîñåðâèñà. Ïðèåìî-ïåðåäàþùèå óñòðîéñòâà ìîáèëüíîé ñâÿçè. 4. Âîëîêîííî-îïòè÷åñêàÿ è êîàêñèàëüíàÿ êàáåëüíàÿ ñèñòåìû: Îïòè÷åñêèå ïåðåäàò÷èêè. Óñòàíàâëèâàþòñÿ íà ãîëîâíîé ñòàíöèè è ïðåîáðàçóþò âûñîêî÷àñòîòíûé ýëåêòðè÷åñêèé ñèãíàë â îïòè÷åñêèé ñ àíàëîãîâîé ìîäóëÿöèåé â äèàïàçîíå 50-750 (862) ÌÃö. Ïåðåäà÷à îñóùåñòâëÿåòñÿ íà äëèíàõ âîëí 1,3 ìêì èëè 1,55 ìêì ñ ìîùíîñòüþ âûõîäíîãî ñèãíàëà áîëåå 10 äÁì. Íàìå÷åí âûïóñê ýêîíîìè÷íûõ ïåðåäàò÷èêîâ, îñíîâàííûõ íà èñïîëüçîâàíèè ìîùíîãî ëàçåðà ñ ïîñòîÿííûì èçëó÷åíèåì è âíåøíèì ìîäóëÿòîðîì. Ïðè èñïîëüçîâàíèè äëèíû âîëíû 1,55 ìêì âîçìîæíî ïðèìåíåíèå îïòè÷åñêèõ óñèëèòåëåé. Ìîäóëüíîå óñòðîéñòâî HWX™ (ðèñ. 9.6 à) ïîçâîëÿåò ïîäêëþ÷èòü äî âîñüìè ïåðåäàþùèõ ìîäóëåé. Ñ ó÷åòîì âîçìîæíîñòè ïàññèâíîãî ðàçâåòâëåíèÿ îïòè÷åñêèõ ñèãíàëîâ, ÷èñëî óäàëåííûõ îïòè÷åñêèõ ðàñïðåäåëèòåëüíûõ óçëîâ, ïîäêëþ÷åííûõ ê îäíîìó øàññè HWX, ìîæåò áûòü åùå áîëüøå.
à)
á)
Ðèñ. 9.6. Âíåøíèé âèä: à) ìîäóëüíîãî øàññè HIU ñ îïòè÷åñêèìè ïåðåäàò÷èêàìè, óñòàíàâëèâàåìûìè â ãîëîâíîì óçëå, á) ãåðìåòè÷íîé ìóôòû ODN [7]
248
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Îïòè÷åñêèå ïðèåìíèêè. Óñòàíàâëèâàþòñÿ íà ãîëîâíîé ñòàíöèè. Èìåþòñÿ ïðèåìíèêè ñ øèðèíîé ïîëîñû 50-750 (862) ÌÃö, êîòîðûå èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ìåæñòóäèéíîé ïåðåäà÷è îñíîâíîé ïîëîñû è ÷åòûðåõêàíàëüíûå ïðèåìíèêè îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà â äèàïàçîíå 5-42 ÌÃö äëÿ ïðèåìà îáðàòíûõ êàíàëîâ. Îïòè÷åñêèå òðàíñèâåðû. Èìåþò ìîäóëüíóþ ñòðóêòóðó è ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ïðèåìàïåðåäà÷è â äèàïàçîíàõ èíòåðàêòèâíîãî ñåðâèñà. Óçåë, îáåñïå÷èâàþùèé ïîäêëþ÷åíèå ê ðàéîííîé èëè ãîðîäñêîé ÀÒÑ, à òàêæå äîñòóï â Internet, ìîæåò íå ñîâïàäàòü ñ ãîëîâíûì óçëîì ñòóäèè êàáåëüíîãî òåëåâèäåíèÿ.  ýòîì ñëó÷àå íåîáõîäèìî èñïîëüçîâàòü òðàíñèâåðû. Òðàíñèâåðû ïîçâîëÿþò ðàçäåëèòü îáîðóäîâàíèå äëÿ èíòåðàêòèâíîãî ñåðâèñà (òåëåôîíèè, ïðèåìà ïåðåäà÷è äàííûõ, èíòåðàêòèâíîãî âèäåî) è îáîðóäîâàíèå øèðîêîâåùàòåëüíîãî àíàëîãîâîãî òåëåâèçèîííîãî ñåðâèñà. "Òåëåôîííûå" âîëîêíà äîëæíû ïðîõîäèòü îò öåíòðàëüíîãî óçëà ê êàæäîìó îïòè÷åñêîìó óçëó. Òåëåôîííàÿ ÷àñòü ñåòè HFC äîëæíà èìåòü ïîëíûé ãîðÿ÷èé ðåçåðâ, â òî âðåìÿ êàê ñîñòàâëÿþùàÿ îáîðóäîâàíèÿ êàáåëüíîãî TV ïðåäúÿâëÿåò ìåíüøèå òðåáîâàíèÿ ïî íàäåæíîñòè. Êðîìå òîãî, îïòè÷åñêèé ñèãíàë, íåñóùèé òåëåâèçèîííûå êàíàëû, ìîæåò ðàñùåïëÿòüñÿ ïàññèâíûìè îïòè÷åñêèìè ðàçâåòâèòåëÿìè â ðàçëè÷íûõ ìåñòàõ âîëîêîííî-îïòè÷åñêîé êàáåëüíîé ñèñòåìû äëÿ ñíèæåíèÿ ñòîèìîñòè ýòîé ÷àñòè ïðîåêòà. Ãîëîâíîé öèôðîâîé òåðìèíàë (HDT). Óñòàíàâëèâàåòñÿ â öåíòðàëüíîì óçëå è ñëóæèò äëÿ ñîïðÿæåíèÿ ñåòè Homeworx ñ öèôðîâûì êîììóòàòîðîì. HDT ïîääåðæèâàåò äî 28 êàíàëîâ T1 èëè äî 24 êàíàëîâ E1. Ïðè ýòîì îáåñïå÷èâàåòñÿ ñîâìåñòèìîñòü ñî ñòàíäàðòàìè ñèãíàëèçàöèè TR-008 èëè TR-303 (Ñåâåðíàÿ Àìåðèêà) èëè CAS èëè V.5 (Åâðîïà). HDT âûïîëíÿåò öèôðîâûå êðîññ-ïåðåêëþ÷åíèÿ ïîëíûõ êàíàëîâ DS0 (64Ê) ïðè èñïîëüçîâàíèè áåçáëîêèðîâî÷íîãî ìîäóëÿ îáìåíà òàéì-ñëîòàìè (TST) è ðàçãðàíè÷èâàåò ëîêàëüíî-êîììóòèðóåìûå êàíàëû îò íåëîêàëüíî-êîììóòèðóåìûõ èëè íåêîììóòèðóåìûõ. Îí òàêæå ìîæåò ïîääåðæèâàòü óñëóãè ISDN. Îïòè÷åñêèé ðàñïðåäåëèòåëüíûé óçåë (ODN) ÿâëÿåòñÿ ïðîìåæóòî÷íûì ðàñïðåäåëèòåëüíûì óçëîì, â êîòîðîì ñîïðÿãàþòñÿ îäèí èëè íåñêîëüêî ÂÎÊ, èäóùèå â ãîëîâíîé îôèñ èëè ê äðóãèì ODN, à òàêæå êîàêñèàëüíûå âåòâè, èäóùèå ê àáîíåíòàì. ODN îáåñïå÷èâàåò äîâåäåíèå äî àáîíåíòîâ òåëåôîíèè, âèäåî è/èëè äðóãèõ âèäîâ ñåðâèñà. ODN ìîæåò êîíôèãóðèðîâàòüñÿ êàê êîíöåíòðàòîð îáðàòíûõ êàíàëîâ, êîãäà âîñõîäÿùèå ïîòîêè îò ÷åòûðåõ êîàêñèàëüíûõ ñåãìåíòîâ áóäóò ìóëüòèïëåêñèðîâàòüñÿ è ïåðåäàâàòüñÿ â îäèí îïòè÷åñêèé îáðàòíûé ñèãíàë. Ïèòàíèå óçëà ëîêàëüíîå èëè äèñòàíöèîííîå ïî êîàêñèàëüíîé êàáåëüíîé ñèñòåìå. ODN âûïîëíÿåòñÿ â âèäå ãåðìåòè÷íîãî ìîäóëÿ, âíóòðè êîòîðîãî ñîñðåäîòî÷åíî ýëåêòðîííîå îáîðóäîâàíèå äëÿ ïðèåìà/ïåðåäà÷è ñèãíàëîâ, èäóùèõ ïî ÂÎÊ è êîàêñèàëüíûì êàáåëÿì (ðèñ. 9.6 á). Îòìåòèì, ÷òî â ñëó÷àå ëîêàëüíîãî èñòî÷íèê ïèòàíèÿ, ODN ñàì ìîæåò çàïèòûâàòü ïî êîàêñèàëüíûì âåòâÿì óäàëåííîå îáîðóäîâàíèå íà àáîíåíòñêîé ñòîðîíå, â ÷àñòíîñòè, ðàçëè÷íûå êîíòðîëüíûå äàò÷èêè, êîòîðûå áóäóò ïðîäîëæàòü ðàáîòàòü äàæå ïðè îòêëþ÷åíèè ïèòàíèÿ ó àáîíåíòà. Òàêàÿ âîçìîæíîñòü ïîëíîñòüþ èñêëþ÷åíà â êîíöåïöèè FTTH. Òåëåâèçèîííîå àáîíåíòñêîå óñòðîéñòâî STU (set top unit) óñòàíàâëèâàåòñÿ ó àáîíåíòà è âûïîëíÿåò äåêîäèðîâàíèå öèôðîâûõ ïîòîêîâ âèäåîäàííûõ (MPEG-2/3) â ðåàëüíîì âðåìåíè. Óñòðîéñòâî STU îñóùåñòâëÿåò äåêîìïðåññèþ â ñîîòâåòñòâèè ñ èíñòðóêöèÿìè, ñîäåðæàùèìèñÿ êàê ÷àñòü öèôðîâîãî ïîòîêà. Êîäåð-ìîäóëÿòîð ìîæåò ïîääåðæèâàòü ðàçíûå ñêîðîñòè è òèïû ïîòîêîâ äàííûõ, êàê âèäåî òàê è íå âèäåî. Ýòî ïîçâîëÿåò îáåñïå÷èòü íå òîëüêî âèäåîòðàíñëÿöèè äëÿ àáîíåíòà, íî è ïåðåäà÷ó îïðåäåëåííûõ ôàéëîâ äàííûõ. Èíñòðóêöèè î äîñòóïå ôîðìèðóþòñÿ â êîäåðå è ïåðåäàþòñÿ íà âñå êàíàëû, îäíàêî òîëüêî òîò STU àäðåñ, êîòîðûé óêàçàí â èíñòðóêöèè, ìîæåò äåêîäèðîâàòü äàííûå, ñîäåðæàùèåñÿ â ïðèõîäÿùèõ ïàêåòàõ. Íåîáõîäèìàÿ áèòîâàÿ ñêîðîñòü ïåðåäà÷è ëþáîé îïðåäåëåííîé ÷àñòè ñæàòîãî ìàòåðèàëà çàâèñèò îò ñïîñîáà, êîòîðûì ýòî ñæàòèå ïðîèçâîäèëîñü (òàáë. 9.1). Ñòàíäàðò êîìïðåññèè MPEG-2 ïîçâîëÿåò âåñòè ïåðåäà÷ó ñî ñêîðîñòüþ îò 1,5 Ìáèò/ñ (íèçêèé óðîâåíü êîìïüþòåðíîãî âèäåî) äî 60 Ìáèò/ñ (HDTV) ïðè ñêîðîñòè íå áîëåå 15 Ìáèò/ñ, ïðèåìëåìîé äëÿ NTSC, PAL è SECAM. Òðåáóåìàÿ áèòîâàÿ ñêîðîñòü îïðåäåëÿòñÿ â ìîìåíò çàïðîñà àáîíåíòà ïðè âûáîðå êîíêðåòíîãî òèïà âèäåî-ïðèëîæåíèÿ. Óñòðîéñòâî äîñòóïà äëÿ ìîáèëüíûõ óñëóã.  çàâèñèìîñòè îò òðåáîâàíèé çàêàç÷èêîâ è òîïîëîãèè ñåòè âîçìîæåí ëþáîé èç íèæå ïåðå÷èñëåííûõ âàðèàíòîâ èñïîëüçîâàíèÿ HFC äëÿ ìîáèëüíûõ óñëóã. •
Äðàéâåð äëÿ óäàëåííîé àíòåííû ìîáèëüíîé ñåòè (RAD); ïîäêëþ÷àåòñÿ íåïîñðåäñòâåííî ê êîàêñèàëüíîìó êàáåëþ.
•
Ìèêðîñîòà ñ îïòîâîëîêîííûì ïîäêëþ÷åíèåì. Óñòàíàâëèâàåòñÿ ðÿäîì ñ îïòè÷åñêèì óçëîì.
•
Ìèêðîáàçîâàÿ ñòàíöèÿ ñîòîâîé ñâÿçè. Èñïîëüçóåò êàíàëû E1 (T1), ïðåäîñòàâëÿåìûå ñåòüþ HFC.
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
249
Êàáåëüíûå ìîäåìû äëÿ ïåðåäà÷è äàííûõ. Îòäåëüíûå óñòðîéñòâà èëè ìîäóëè â ISU (ñì. íèæå). Îáåñïå÷èâàÿ ïåðåäà÷ó äàííûõ ñî ñêîðîñòüþ îò 64Ê (RS232) äî 512Ê (âïëîòü äî âîçìîæíîñòè ïðåäîñòàâëåíèÿ èíòåðôåéñà Ethernet 10Base-T), êàáåëüíûå ìîäåìû õîðîøî ïîäõîäÿò äëÿ îðãàíèçàöèè äîñòóïà ê ñåòè Internet. Îäíîïîëüçîâàòåëüñêîå óñòðîéñòâî èíòåãðàöèè óñëóã (Home ISU). Ïðåäíàçíà÷åíî äëÿ âûäåëåíèÿ òåëåôîííûõ êàíàëîâ, êàíàëîâ äàííûõ è ïîäêëþ÷åíèÿ òåëåâèçîðà. Óñòàíàâëèâàåòñÿ â ðåçèäåíöèè ïîëüçîâàòåëÿ ñ äîñòóïîì äëÿ îáñëóæèâàíèÿ è ÿâëÿåòñÿ òî÷êîé ðàçäåëåíèÿ ïîëüçîâàòåëüñêîé ñåòè è ñåòè HFC. Áàçîâàÿ ìîäåëü îáåñïå÷èâàåò îäíó èëè äâå òåëåôîííûå ëèíèè ñ âîçìîæíîñòüþ óäàëåííîãî âêëþ÷åíèÿ, âûêëþ÷åíèÿ äîñòóïà è âèäåîñåðâèñ. Ýòî óñòðîéñòâî ïîçâîëÿåò îïåðàòîðó ñâÿçè ñëåäèòü çà ïðåäîñòàâëåíèåì ïîëüçîâàòåëþ óñëóã òåëåôîíèè è CATV áåç âûåçäà íà ìåñòî (äèñòàíöèîííûé ìîíèòîðèíã è óïðàâëåíèå ñ ãîëîâíîãî óçëà). Èìååòñÿ äîïîëíèòåëüíûé ñëîò, â êîòîðûé ìîæåò áûòü óñòàíîâëåí èëè ìîäåì Ethernet, èëè ìîäóëü ISDN, èëè äîïîëíèòåëüíî äî äâóõ òåëåôîííûõ ëèíèé. Ìíîãîïîëüçîâàòåëüñêîå óñòðîéñòâî èíòåãðàöèè óñëóã (MISU). Èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ àáîíåíòîâ ïðè èõ âûñîêîé òåððèòîðèàëüíîé êîíöåíòðàöèè (â ìíîãîýòàæíûõ äîìàõ, íà ïðåäïðèÿòèÿõ è ò. ï.) è ïðåäîñòàâëÿåò ÷åðåç HFC ñëåäóþùèå âèäû óñëóã: òåëåôîíèþ, ïîäêëþ÷åíèå ìåñòíûõ òåëåôîíîâ-àâòîìàòîâ, Ehernet /Internet (äî 512 êáèò/ñ), E1 òðàíñïîðò, ISDN BRI, êàíàëû E&M, àâàðèéíóþ ñèãíàëèçàöèþ. MISU èìååò ðàçëè÷íûå âàðèàíòû èñïîëíåíèÿ îò 12 äî 96 òåëåôîííûõ ëèíèé è ìîäóëüíóþ ñòðóêòóðó, ïðè÷åì âñå ïîðòû ìåæäó HISU è ðàçëè÷íûìè MISU – âçàèìîçàìåíÿåìûå. MISU ìîæåò óñòàíàâëèâàòüñÿ â êîëîäåö, íà ïîäâåñíîé êàáåëü, â ñòîéêó, â ðàñïðåäåëèòåëüíûé øêàô è ò. ä. Ïèòàíèå ëîêàëüíîå èëè äèñòàíöèîííîå ïî êîàêñèàëüíîé ñåòè. Ñèñòåìà êîíòðîëÿ è óïðàâëåíèÿ ñîñðåäîòî÷åíà â ãîëîâíîì óçëå è îáåñïå÷èâàåò ïîëíûé êîíòðîëü è óïðàâëåíèå âñåìè ýëåìåíòàìè ñåòè Homeworx. Èìåþùàÿñÿ â íàñòîÿùåå âðåìÿ ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ îáåñïå÷èâàåò èíòåðôåéñ óïðàâëåíèÿ ê îäèíî÷íîìó ýëåìåíòó èëè êî âñåì êîìïîíåíòàì óðîâíÿ óïðàâëåíèÿ ýëåìåíòàìè ñåòè (ñåðâåð EML). Äèñòàíöèîííàÿ äèàãíîñòèêà è êîíòðîëü, ïðåäîòâðàùåíèå îøèáîê, ëîêàëèçàöèÿ ïîâðåæäåíèé íåîáõîäèìû äëÿ íîðìàëüíîãî ôóíêöèîíèðîâàíèÿ òåëåêîììóíèêàöèîííîé ìàãèñòðàëè. Îäíèì èç ýëåìåíòîâ ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ ÿâëÿåòñÿ óçåë ñåòåâîãî ìîíèòîðèíãà è óïðàâëåíèÿ (NMCS), êîòîðûé ñîáèðàåò è îáðàáàòûâàåò ñèãíàëû àâàðèè è ñèãíàëû ñòàòóñ-èíäèêàòîðîâ èç öåíòðàëüíîãî îôèñà, îïòè÷åñêîãî ðàñïðåäåëèòåëüíîãî óçëà êîàêñèàëüíûõ óñèëèòåëåé è ISU.  ÷àñòíîñòè, ñåðâåð EML ìîæåò áûòü óñòàíîâëåí îòäåëüíî äëÿ ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ òåëåôîíèåé è äëÿ ó÷åòà âðåìåíè òåëåôîííûõ ïåðåãîâîðîâ.
Ñòðóêòóðà ïîòîêîâ è òðàíñïîðòíûå õàðàêòåðèñòèêè Homeworx Âîñõîäÿùèå ïîòîêè (îò àáîíåíòà ê öåíòðàëüíîìó îôèñó) ïåðåäàþòñÿ â ïîëîñå 5-42 ÌÃö. Ïîä íèñõîäÿùèå ïîòîêè (îò öåíòðàëüíîãî îôèñà ê àáîíåíòó) îòâåäåíà ïîëîñà ÷àñòîò 50-750 (862) ÌÃö. Ïîëîñà 750-1ÃÃö çàðåçåðâèðîâàíà ïîä áóäóùèé äâóíàïðàâëåííûé øèðîêîïîëîñíûé ñåðâèñ (âèäåîòåëåôîíèÿ è äð.). Äëÿ ïåðåäà÷è òåëåôîííûõ êàíàëîâ ïðèìåíÿåòñÿ òåõíîëîãèÿ OFDM (orthogonal frequency division multiplexing), ïîçâîëÿþùàÿ ïîëó÷èòü ýôôåêòèâíóþ ïëîòíîñòü ïåðåäà÷è 4,2 áèòà ñèìâîëüíîãî ïîòîêà íà îäèí ãåðö. Ïåðåäà÷à êàíàëîâ îñóùåñòâëÿåòñÿ â îêíå 6 ÌÃö, â êîòîðîì ðàñïîëàãàåòñÿ 480 ïîäíåñóùèõ (òîíîâ). Ñèñòåìà êîððåêöèè ñèãíàëà îáåñïå÷èâàåò ìàëûé êîýôôèöèåíò îøèáîê (BER= 10–9 ) ïðè ñêîðîñòè ïåðåäà÷è 2 Ìáèò/ñ.  ïîëîñå 6 ÌÃö ðàçìåùàåòñÿ 240 êàíàëîâ DS0 (64 êáèò/ñ). Äëÿ âîñõîäÿùèõ òåëåôîííûõ êàíàëîâ îòâîäèòñÿ ïîëîñà øèðèíîé 18 ÌÃö (12-30 ÌÃö ), ïîýòîìó ìàêñèìàëüíîå ÷èñëî âîñõîäÿùèõ òåëåôîííûõ êàíàëîâ â îäíîì êîàêñèàëüíîì ñåãìåíòå ðàâíî 720 (3õ240). Ïîëîñà ÷àñòîò 5-12 ÌÃö ÿâëÿåòñÿ ñëóæåáíîé è ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ ìîíèòîðèíãà ñåòè, ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè ñòàòóñ-êîíòðîëÿ è óïðàâëåíèÿ óäàëåííûìè ýëåìåíòàìè ñåòè. Ïîëîñà 54-550 ÌÃö îòâîäèòñÿ ïîä íèñõîäÿùèå àíàëîãîâûå òåëåâèçèîííûå êàíàëû.  ýòîé ïîëîñå ðàçìåùàåòñÿ 60 êàíàëîâ ñèñòåìû PAL, SECAM èëè 110 êàíàëîâ NTSC. Ïîëîñà ÷àñòîò 625-750 ÌÃö îòâîäèòñÿ ïîä íèñõîäÿùèå òåëåôîííûå ïîòîêè, ïðè ýòîì êàíàëüíàÿ åìêîñòü íèñõîäÿùåãî ïîòîêà â ÷åòûðå ðàçà áîëüøå, ÷åì âîñõîäÿùåãî (2880 êàíàëîâ DS0 64 êáèò/ñ). Ïðè äîìèíèðîâàíèè âèäåîñåðâèñà ïîëîñà ÷àñòîò 550-750 ÌÃö ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ ïåðåäà÷è 400 öèôðîâûõ âèäåîêàíàëîâ, ñæàòûõ ïî àëãîðèòìó MPEG-2,MPEG-3 äî 3 Ìáèò/ñ, ñ èñïîëüçîâàíèåì àëãîðèòìîâ ìîäóëÿöèè VSB-16 èëè QAM-256.
250
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Ïî÷åìó èñïîëüçóåòñÿ òåõíîëîãèÿ OFDM? Ïîìåõè ïðè ïåðåäà÷å öèôðîâûõ ñèãíàëîâ áûâàþò äâóõ âèäîâ. Óçêîçîííûå ïîìåõè (êàê ïîäðàçóìåâàåò íàçâàíèå) ïðîÿâëÿþòñÿ â îêðåñòíîñòÿõ îïðåäåëåííîé ÷àñòîòû, è îêàçûâàþò äëèòåëüíîå âëèÿíèå. Èìïóëüñíûå (øèðîêîçîííûå) ïîìåõè, íàïðîòèâ, èìååò øèðîêóþ ñïåêòðàëüíóþ çîíó, íî íåáîëüøîå âðåìÿ äåéñòâèÿ. Îñíîâíîé ïðè÷èíîé óçêîçîííûõ ïîìåõ ñëóæàò øèðîêîâåùàòåëüíûå ñèãíàëû, íàïðèìåð ñèãíàë ëþáèòåëüñêîãî ðàäèî. Òàêàÿ ïîìåõà ìîæåò òàêæå ïîÿâëÿòüñÿ íåïðåäíàìåðåííî îò ýëåêòðîìàãíèòíûõ èçëó÷åíèé ñî ñòîðîíû ðàáîòàþùèõ ýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâ. Õîòÿ òåîðåòè÷åñêè HFC è çàùèùåíà îò òàêîãî ðîäà ñèãíàëîâ, ëþáîé ïîëåçíûé ñèãíàë, ðàñïðîñòðàíÿÿñü â êîàêñèàëüíîì êàáåëå, ìîæåò èñïûòûâàòü èíòåðôåðåíöèþ ñ ýòèì øóìîâûì ôîíîì. Èìïóëüñíûé øóì, ïðèâîäÿùèé ê øèðîêîçîííûì ïîìåõàì, ìîæåò ïîÿâëÿòüñÿ îò ýïèçîäè÷åñêè ïîÿâëÿþùèõñÿ íàâîäîê, íàïðèìåð, âñëåäñòâèå ýëåêòðîìàãíèòíîãî ñèãíàëà, âîçíèêàþùåãî â ìîìåíò çàæèãàíèÿ ïðè çàïóñêå äâèãàòåëÿ èëè ïðè âêëþ÷åíèè îïðåäåëåííûõ ýëåêòðè÷åñêèõ ïðèáîðîâ. Âîñõîäÿùèé ïîòîê â ñåòè HFC ñèëüíåé ïîäâåðæåí âëèÿíèþ øóìîâ ïî ñðàâíåíèþ ñ íèñõîäÿùèì. Ïðè ýòîì ãëàâíûì èñòî÷íèêîì øóìà ÿâëÿþòñÿ óçêîçîííûå ïîìåõè. Ñïîñîáíîñòü ñèãíàëà ïðîòèâîñòîÿòü âëèÿíèþ øóìîâ âî ìíîãîì çàâèñèò îò èñïîëüçóåìîé ìîäóëÿöèîííîé òåõíèêè. Êàê îòìå÷àëîñü ðàíåå, äëÿ âîñõîäÿùåãî ïîòîêà îáû÷íî èñïîëüçóåòñÿ òåõíèêà âðåìåííîãî ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ TDM ñ ìîäóëÿöèÿìè QPSK èëè QAM-16 âûñîêîé ñòåïåíè èçáûòî÷íîñòè. Òàê, áîëüøîå ÷èñëî ñèãíàëîâ åìêîñòüþ DS0 ïîìåùàåòñÿ íà îäèí ðàäèî÷àñòîòíûé (RF) íîñèòåëü. Óçêîçîííàÿ ïîìåõà, ïîÿâèâøàÿñÿ â ëþáîé ÷àñòè íîñèòåëÿ, ìîæåò ïðèâåñòè ê ïîâðåæäåíèþ âñåõ ñèãíàëîâ íà íîñèòåëå. Ýòî ñîçäàåò ñåðüåçíûå ïðîáëåìû ïðè èñïîëüçîâàíèè ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ TDM, ïîñêîëüêó óçêîçîííûå ïîìåõè áîëüøîé àìïëèòóäû ìîãóò ñîçäàâàòüñÿ äîâîëüíî ÷àñòî. Îäèí èç îñíîâíûõ ñïîñîáîâ áîðüáû ïðîòèâ óçêîçîííîé ïîìåõè – ñìåùåíèå ÷àñòîòû íîñèòåëÿ è ñîîòâåòñòâåííî âñåãî RF áëîêà ñèãíàëà â äðóãóþ ñïåêòðàëüíóþ îáëàñòü, ãäå ïîìåõà íå ñêàçûâàåòñÿ. Ê ñîæàëåíèþ, ýòî òðåáóåò ðåçåðâèðîâàíèÿ â òî÷íîñòè òàêîé æå îáëàñòè, êàê è ðàçìåð RF áëîêà. Ðåçåðâèðîâàíèå òàêèõ áîëüøèõ îáëàñòåé ìîæåò ñåðüåçíî óìåíüøèòü è áåç òîãî óæå îãðàíè÷åííóþ ïîëíóþ åìêîñòü âîñõîäÿùåãî êàíàëà. Ñèñòåìû ÷àñòîòíîãî ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ FDM (â ÷àñòíîñòè, OFDM) èñïîëüçóþò äðóãîé ïîäõîä. Êàæäûé èç êàíàëîâ DS0 ïîìåùàåòñÿ íà ñâîé èíäèâèäóàëüíûé RF íîñèòåëü, ðèñ. 9.7. Èíäèâèäóàëüíûå RF íåñóùèå ïðîäîëæàþò ïîäâåðãàòüñÿ âëèÿíèþ óçêîçîííûõ ïîìåõ, íî ðåàëüíî îäíà òàêàÿ ïîìåõà, êîòîðàÿ ðàíåå áëîêèðîâàëà äåñÿòêè êàíàëîâ DS0 (êîãäà áûë îäèí íîñèòåëü ïðè TDM/QPSK), òåïåðü ìîæåò âëèÿòü òîëüêî íà îäèí DS0 êàíàë, íå çàòðàãèâàÿ îñòàëüíûå êàíàëû. Òàêèì îáðàçîì, íåîáõîäèìî äîïîëíèòåëüíî çàðåçåðâèðîâàòü òîëüêî íåáîëüøîé ñïåêòðàëüíûé ñåãìåíò, â êîòîðûé ïðè âîçíèêíîâåíèè ïîìåõ áóäóò ñìåùàòüñÿ òå êàíàëû DS0, íà íåñóùåé ÷àñòîòå êîòîðûõ âîçíèêàåò ïîìåõà.  ðåçóëüòàòå çíà÷èòåëüíî óâåëè÷èâàåòñÿ ýôôåêòèâíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ ïðåäîñòàâëåííîé ïîëîñû â âîñõîäÿùåì ïîòîêå.
6 МГц 5 МГц
0,5 МГц
Индивидуальный Узкозонная DS0 носитель помеха Трафик
0,5 МГц
Ðèñ. 9.7. Ðîñò ýôôåêòèâíîñòè êàíàëà ïðè èñïîëüçîâàíèè TDM (OFDM) ñ ìíîæåñòâîì íåñóùèõ
Ñèñòåìà ñïåêòðàëüíîãî ñìåùåíèÿ Îáû÷íî â ODN îñóùåñòâëÿåòñÿ ÷àñòîòíîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå âîñõîäÿùèõ ïîòîêîâ îò ÷åòûðåõ êîàêñèàëüíûõ âåòâåé è äàëüíåéøåå ïðåîáðàçîâàíèå â âûõîäíîé îïòè÷åñêèé ñèãíàë, ìîäóëèðóåìûé â îáëàñòè ñïåêòðà 5-42 ÌÃö. Ýòî íàêëàäûâàåò îãðàíè÷åíèå íà ïðåäîñòàâëÿåìûå àáîíåíòàì ñïåêòðàëüíûå îêíà â âîñõîäÿùåì ïîòîêå; àáîíåíòû, íåçàâèñèìî îò òîãî, ïîäÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
251
êëþ÷åíû îíè ê îäíîé êîàêñèàëüíîé âåòâè èëè ê ðàçíûì, íå ìîãóò èñïîëüçîâàòü îäíó è òó æå íåñóùóþ ÷àñòîòó.  ñèëó äóïëåêñíîé ñâÿçè ïî ÂÎÊ, âîñõîäÿùèé ïîòîê îò ODN ê ãîëîâíîìó öèôðîâîìó òåðìèíàëó ìîæåò èñïîëüçîâàòü òó æå îáëàñòü ñïåêòðà, ÷òî è íèñõîäÿùèé ïîòîê (ïîäîáíîå íå äîïóñòèìî ïî îòíîøåíèþ ê êîàêñèàëüíîìó êàáåëþ). Ýòîò ôàêò ïîçâîëÿåò â ÷åòûðå ðàçà óâåëè÷èòü ïîëíóþ ïðîïóñêíóþ ñïîñîáíîñòü âîñõîäÿùåãî ïîòîêà â ðàñ÷åòå íà îäèí ODN ïîñðåäñòâîì ñïåêòðàëüíîãî ñìåùåíèÿ ïðèíèìàåìûõ ïîòîêîâ îò òðåõ èç ÷åòûðåõ âåòâåé (ðèñ. 9.8). Ðàäèî÷àñòîòíûå ñèãíàëû, ïðèíèìàåìûå ODN â äèàïàçîíå îò 5 äî 42 ÌÃö îò âåòâåé 2, 3 è 4, ïåðåä ÷àñòîòíûì ìóëüòèïëåêñèðîâàíèåì èñïûòûâàþò ñìåùåíèå â áîëåå âûñîêóþ îáëàñòü ñïåêòðà, â ðåçóëüòàòå ÷åãî ïðîèñõîäèò ñïåêòðàëüíîå óïëîòíåíèå â äèàïàçîíå îò 5 äî 200 ÌÃö. Ïîñêîëüêó ãîëîâíîé öèôðîâîé òåðìèíàë ðàññ÷èòàí íà ðàáîòó ñ âîñõîäÿùèìè ïîòîêàìè îò 5 äî 42 ÌÃö, âûïîëíÿåòñÿ îáðàòíîå ñïåêòðàëüíîå ñìåùåíèå è ðàñïàðàëëåëèâàíèå ïîòîêîâ â öåíòðàëüíîì îôèñå. Èñïîëüçîâàíèå ñèñòåìû ñïåêòðàëüíîãî ñìåùåíèÿ ïîçâîëÿåò ïðåäîñòàâëÿòü íà êàæäóþ êîàêñèàëüíóþ âåòâü âåñü ñïåêòðàëüíûé ïëàí îò 5 äî 42 ÌÃö. Панель телефонных трансиверов
Смещение вверх
Ветвь 1 ВОК
5-40 МГц
Ветвь 2 50-85 МГЦ
Смещение вверх
Ветвь 3 100-135 МГЦ
5 МГц
Телефонный приемник
Передатчик
Ветвь 4 150-185 МГЦ 200 МГц
150-185 МГЦ
Смещение по спектру
Ветвь 4
100-135 МГЦ
Смещение по спектру
Ветвь 3
Смещение по спектру
Ветвь 2
Ó 50-85 МГЦ
Видео приемник
Смещение вверх
5-40МГц
ODN Оптический распределительный узел
Коаксиальные сегменты
От 862 МГц видео передатчика
Ветвь 1
Ðèñ. 9.8. Áëîê-ñõåìà ODN, ïîääåðæèâàþùåãî ñïåêòðàëüíîå ñìåùåíèå äëÿ âîñõîäÿùèõ ïîòîêîâ
Ñöåíàðèè ðàçâåðòûâàíèÿ ïëàòôîðìû Homeworx Ìîäóëüíàÿ àðõèòåêòóðà ïëàòôîðìû äàåò âîçìîæíîñòü ñòðîèòü ñåòè ðàçëè÷íîãî óðîâíÿ ñëîæíîñòè. Ïîñòðîåíèå ñåòè ìîæíî íà÷èíàòü ñ íåáîëüøîãî êîëè÷åñòâà àáîíåíòîâ è èñïîëüçîâàòü òîëüêî îäèí âèä ñåðâèñà (íàïðèìåð, òîëüêî òåëåâåùàíèå). Ïëàòôîðìà ïîçâîëÿåò ïëàâíî íàðàùèâàòü êîëè÷åñòâî àáîíåíòîâ è ïîýòàïíî ââîäèòü íîâûå âèäû ñåðâèñà, ïî ìåðå ðîñòà ÷èñëà àáîíåíòîâ è èõ ïîòðåáíîñòåé. Ñòðîèòåëüñòâî ñåòè, â çàâèñèìîñòè îò ïðèîðèòåòà â ðàçâèòèè òîãî èëè èíîãî ñåðâèñà, ìîæåò ðàçâåðòûâàòüñÿ ïî òðåì îñíîâíûì ñöåíàðèÿì: îáåñïå÷åíèå âèäåîñåðâèñà; îáåñïå÷åíèå òåëåôîíèè; îáåñïå÷åíèå âèäåîñåðâèñà è òåëåôîíèè îäíîâðåìåííî. Òîëüêî âèäåîñåðâèñ. Óñòàíîâêà ïëàòôîðìû Homeworx ñîñòîèò èç ñëåäóþùèõ ýòàïîâ: •
ïðîêëàäêà îäíîìîäîâîãî âîëîêîííî-îïòè÷åñêîãî êàáåëÿ è ñòðîèòåëüñòâî ðàñïðåäåëèòåëüíîé êîàêñèàëüíîé êàáåëüíîé ñåòè (ìîæíî èñïîëüçîâàòü ñóùåñòâóþùèå êîììóíèêàöèè, íàïðèìåð, ðàñïðåäåëèòåëüíóþ êîàêñèàëüíóþ ñåòü ìåñòíîé ñòóäèè êàáåëüíîãî òåëåâèäåíèÿ;
252
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
•
óñòàíîâêà îáîðóäîâàíèÿ ïëàòôîðìû Homeworx â ãîëîâíîì óçëå: ãîëîâíîãî êîíòðîëëåðà è îïòè÷åñêèõ ïåðåäàò÷èêîâ (îäèí ïåðåäàò÷èê ìîæåò îáñëóæèâàòü íåñêîëüêî ODN ïðè èñïîëüçîâàíèè îòâåòâèòåëåé);
•
óñòàíîâêà îáîðóäîâàíèÿ íà îïòè÷åñêèõ ðàñïðåäåëèòåëüíûõ óçëàõ (îïòè÷åñêèõ ïðèåìíîãî òåëåôîííîãî è âîñõîäÿùåãî ïåðåäàþùåãî ìîäóëåé);
•
óñòàíîâêà îáîðóäîâàíèÿ íà àáîíåíòñêîé ñòîðîíå (òðåáóåòñÿ óñòàíîâëåíèå àáîíåíòñêîãî òåëåâèçèîííîãî óñòðîéñòâà STU, åñëè ïëàíèðóåòñÿ ïðèåì ïëàòíûõ, êîäèðîâàííûõ òåëåâèçèîííûõ êàíàëîâ);
•
ïîäêëþ÷åíèå ê öåíòðàì êàáåëüíîãî è îáùåñòâåííîãî òåëåâèäåíèÿ;
•
ââîä ñèñòåìû â ýêñïëóàòàöèþ.
Ïðè ìîíòàæå âîëîêîííî-îïòè÷åñêîé ëèíèè ñâÿçè íåîáõîäèìî ïðèíèìàòü âî âíèìàíèå ôàêòîð íàäåæíîñòè. Öåëåñîîáðàçíî ïðîêëàäûâàòü ÂÎÊ ñ áîëüøèì ÷èñëîì âîëîêîí (îò 16 è âûøå). Íà âñåõ óçëàõ ïðåäóñìîòðåíà ìíîãîóðîâíåâàÿ ñèñòåìà ïîâûøåíèÿ íàäåæíîñòè: ýòî – äóáëèðîâàíèå èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ, äóáëèðîâàíèå ïðèåìîïåðåäàþùåãî îáîðóäîâàíèÿ, äóáëèðîâàíèå îïòè÷åñêèõ è êîàêñèàëüíûõ ëèíèé ñâÿçè, ðàçëè÷íûå ñèñòåìû êîíòðîëÿ ôóíêöèîíèðîâàíèÿ îáîðóäîâàíèÿ ñ ìíîæåñòâîì òåìïåðàòóðíûõ è äðóãèõ äàò÷èêîâ. Äîïóñêàåòñÿ èñïîëüçîâàíèå àáîíåíòàìè îáðàòíîãî âîñõîäÿùåãî êàíàëà â èíòåðàêòèâíîì ðåæèìå äëÿ óâåäîìëåíèÿ îïåðàòîðîâ CATV î ñâîèõ íàìåðåíèÿõ ïî ïðîñìîòðó ïåðåäà÷. Òîëüêî òåëåôîíèÿ. Êîãäà òðåáóåòñÿ â ïåðâóþ î÷åðåäü îðãàíèçîâàòü òåëåôîííóþ èíôðàñòðóêòóðó ðàéîíà, ïëàòôîðìà Homeworx òàêæå ïðåäîñòàâëÿåò ãèáêîå è ýêîíîìíîå ðåøåíèå.  ýòîì ñëó÷àå òðåáóåòñÿ ñëåäóþùåå îñíîâíîå îáîðóäîâàíèå.  ãëàâíûé îôèñ óñòàíàâëèâàåòñÿ ãîëîâíîé öèôðîâîé òåðìèíàë HDT è îïòè÷åñêèå òðàíñèâåðû, â êâàðòèðó àáîíåíòà – àáîíåíòñêîå èíòåãðàëüíîå óñòðîéñòâî ISU, à â ODN òîæå ñàìîå îáîðóäîâàíèå, ÷òî è â ïðåäûäóùåì ñëó÷àå. HDT îáåñïå÷èâàåò ïîäêëþ÷åíèå ê ãîðîäñêîé òåëåôîííîé ñåòè, èíôîðìàöèîííûì ñåòÿì îáùåãî ïîëüçîâàíèÿ (Internet). Âèäåîñåðâèñ è òåëåôîíèÿ. Êîìáèíèðîâàííàÿ òåëåôîííî-òåëåâèçèîííàÿ ïëàòôîðìà Homeworx ìîæåò áûòü ðåàëèçîâàíà êàê ðåçóëüòàò íàðàùèâàíèÿ îäíîãî èç äâóõ âûøå îáñóæäåííûõ âàðèàíòîâ. Îñîáåííîñòüþ ïîñòðîåíèÿ ñìåøàííîé ïëàòôîðìû ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî îáúåäèíåíèå óçêîçîííîé òåëåôîííîé è øèðîêîçîííîé òåëåâèçèîííîé ñëóæá ïðîèñõîäèò áåçáîëåçíåííî. Äèñòàíöèîííûå ñèñòåìû íå çàìåíÿþòñÿ âî âðåìÿ íàðàùèâàíèÿ. Âñå ýòî ñîçäàåò ãèáêîñòü â êîíôèãóðèðîâàíèè êàê ñ òåõíè÷åñêîé, òàê è ñ ýêîíîìè÷åñêîé òî÷åê çðåíèÿ. Îáùàÿ ñõåìà ðàçâåðíóòîé ñåòè Homeworx ïîêàçàíà íà ðèñ. 9.9. DV6000
DV6000
DV6300
Цифровая оптическая магистраль
АТС
Маршрутизатор Спутниковая антенна
DV6000
HDT Головной цифровой терминал
ВОК HWX Оптические передатчики и приемники
Телефон
Internet Видео
Internet
DV6000
ISX Оптический распределительный узел
MISU-12 Устройство доступа на 12 абонентов
ISX Оптический распределительный узел
Коаксиальный кабель
Телефон
HISU Абонентское Видео устройство доступа Коаксиальные ветви
Коаксиальные ветви
Сеть общего пользования
Данные
Ðèñ. 9.9. Îáùàÿ ñõåìà ðàçâåðíóòîé ñåòè íà áàçå îáîðóäîâàíèÿ DV6000 ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
253
9.4. Ìåæñòóäèéíûé òåëåâèçèîííûé îáìåí è ñèñòåìà DV6000 Ñèñòåìà DV6000 ïðîèçâîäñòâà êîìïàíèè ADC Telecommunications ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ îðãàíèçàöèè ïåðåäà÷è îöèôðîâàííûõ òåëåâèçèîííûõ êàíàëîâ ìåæäó òåëåñòóäèÿìè, à òàêæå îïåðàòîðàìè êàáåëüíîãî òåëåâèäåíèÿ â ïðîöåññå ðàñïðåäåëåíèÿ âèäåîñèãíàëîâ âûñîêîãî êà÷åñòâà ïî ãîëîâíûì ñòàíöèÿì. Ñåòè íà îñíîâå DV6000 ìîãóò îõâàòûâàòü ñîòíè êèëîìåòðîâ ñ âîçìîæíîñòüþ âûäåëåíèÿ, äîáàâëåíèÿ è ïðîïóñêàíèÿ êàíàëîâ (ôóíêöèÿ DAP, drop/add/pass) íà ïðîìåæóòî÷íûõ óçëàõ. Ìàêñèìàëüíîå ðàññòîÿíèå áåçðåòðàíñëÿöèîííîãî ó÷àñòêà ñîñòàâëÿåò 120 êì. Êðîìå êîìïîçèòíûõ âèäåîñèãíàëîâ, ñèñòåìà ïîçâîëÿåò ïåðåäàâàòü öèôðîâûå âèäåîêàíàëû (ñòàíäàðò D1, 270 Ìáèò/ñ), MPEG, öèôðîâûå ïîòîêè òåëåôîíèè (E1, E3), à òàêæå äàííûõ (óäàëåííûé ìîñò Ethernet). Âíåøíèé âèä øàññè ïîêàçàí íà ðèñ. 9.10. Îñíîâíûå òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ñèñòåìû DV6000 ïðèâåäåíû â òàáë. 9.6.
Ðèñ. 9.10. Âíåøíèé âèä îáîðóäîâàíèÿ DV6000
Ñèñòåìà DV6000 òî÷íî îöèôðîâûâàåò êàæäûé ñèãíàë, èñïîëüçóÿ íåñæàòûé ôîðìàò. Ðàçðåøàþùàÿ ñïîñîáíîñòü êîäèðîâàíèÿ (10 èëè 8 áèò) ïî êàæäîìó âèäåîêàíàëó ìîæåò âûáèðàòüñÿ íåçàâèñèìî. DV6000 ïîëíîñòüþ ìîäóëüíàÿ ñèñòåìà, ïîääåðæèâàþùàÿ ðàçíîîáðàçíûå ñåòåâûå êîíôèãóðàöèè è ðàçëè÷íûå âèäåîôîðìàòû. Èñòî÷íèê ïèòàíèÿ, îïòè÷åñêèé ïåðåäàò÷èê, îïòè÷åñêèé ïðèåìíèê ìîãóò áûòü ïðîäóáëèðîâàíû äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ðåçåðâèðîâàíèÿ, ãàðàíòèðóþùåãî íåïðåðûâíîñòü ïåðåäà÷è ïðè îòêàçå ìîäóëÿ èëè ïîâðåæäåíèè ëèíèè. Ïðåäóñìîòðåí äèñòàíöèîííûé êîíòðîëü ñîñòîÿíèÿ ñèñòåìû. Ñèñòåìà DV6000 âõîäèò â ñåìåéñòâî ïðîäóêòîâ DV.  ýòî ñåìåéñòâî òàêæå âõîäÿò åùå äâå ñèñòåìû: äâóíàïðàâëåííàÿ ñèñòåìà DV6010 è îäíîêàíàëüíàÿ ñèñòåìà DV6300. Ïðè ïåðåäà÷å èñïîëüçóåòñÿ òåõíèêà âðåìåííîãî ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ TDM, ïðè÷åì äî 16 òåëåâèçèîííûõ êàíàëîâ ìîæåò îäíîâðåìåííî ïåðåäàâàòüñÿ ïî îäíîìó âîëîêíó íà îäíîé äëèíå âîëíû ñ ñóììàðíîé ñêîðîñòüþ ïåðåäà÷è îêîëî 2,4 Ãáèò/ñ. Îáîðóäîâàíèå ïîçâîëÿåò îñóùåñòâèòü äîïîëíèòåëüíî âîëíîâîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå WDM, â ðåçóëüòàòå êîòîðîãî ïî îäíîìó âîëîêíó ïåðåäàþòñÿ ñðàçó ÷åòûðå äëèíû âîëíû â îêíå 1550 íì, ò.å. äîñòèãàåòñÿ ïðîïóñêíàÿ ñïîñîáíîñòü äî 64 òåëåâèçèîííûõ êàíàëîâ. Ñèñòåìà DV6000 ïîëó÷èëà øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå â ÑØÀ, Ãåðìàíèè, Àíãëèè.  Ðîññèè åå èñïîëüçóþò Ðîññèéñêîå òåëåâèäåíèå, ÒÑÍ, Ìåòðîêîì, Êîìêîð, Ëóêîéë. Ñõåìà ïðîñòåéøåãî ïîäêëþ÷åíèÿ ñèñòåìû DV6000 ïîêàçàíà íà ðèñ. 9.11 à. Ïåðåäàþùåå óñòðîéñòâî (MUX) ãåíåðèðóåò ñèãíàë clock, ïî êîòîðîìó ñèíõðîíèçèðóåòñÿ ïðèåìíîå óñòðîéñòâî (DEMUX), òàê ÷òî ïðèåì îñóùåñòâëÿåòñÿ â ñèíõðîííîì ðåæèìå. Äîïóñêàåòñÿ ïîäêëþ÷åíèå íåñêîëüêèõ ïîñëåäîâàòåëüíûõ óñòðîéñòâ (ðèñ. 9.11 á). Ïðè ýòîì âñå ïðîìåæóòî÷íûå óñòðîéñòâà (DAP) ìîãóò âûïîëíÿòü ôóíêöèþ ââîäà/âûâîäà êàíàëîâ. Íà ðèñ. 9.11 â) ïîêàçàíà ñõåìà ïîäêëþ÷åíèÿ ÷åòûðåõ óñòðîéñòâ (îäíîãî MUX è òðåõ DAP), ïðè êîòîðîé ñîçäàåòñÿ ðåçåðâèðîâàíèå íà ñëó÷àé ïîâðåæäåíèÿ îäíîãî èç ó÷àñòêîâ ñåòè.  ýòîé ñõåìå äîïîëíèòåëüíî èñïîëüçóþòñÿ òðè îïòè÷åñêèõ ïåðåêëþ÷àòåëÿ òèïà 2x1, ðàáîòàþùèõ ñîãëàñîâàííî ñ óñòðîéñòâàìè DAP, è äâà ïàññèâíûõ îïòè÷åñêèõ ðàçâåòâèòåëÿ.  íîðìàëüíîì ðåæèìå ðàáîòû âñå ïåðåêëþ÷àòåëè óñòàíîâëåíû â íèæíåå ñîñòîÿíèå, â ñîîòâåòñòâèè ñ ðèñ. 9.11. â). Åñëè DAP íå ïîëó÷àåò ñèãíàë íóæíîãî êà÷åñòâà, îí óñòàíàâëèâàåò ïðèêðåïëåííûé ïåðåêëþ÷àòåëü â àëüòåðíàòèâíîå ñîñòîÿíèå.
254
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Òàáëèöà 9.6. Îñíîâíûå òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ñèñòåìû DV6000 [8] Îïòè÷åñêèå ïàðàìåòðû Ñêîðîñòü ïåðåäà÷è ñèñòåìû
2.38 Ãáèò/c
Îïòè÷åñêèå äëèíû âîëí, íì
1310, 1550, 1546.1, 1549.3, 1552.5, 1555.7
Îïòè÷åñêèå ðàçúåìû
Ñóïåð FC/PC èëè ñòàíäàðòíûå SC/PC
Òèï ïåðåäàò÷èêà
DFB ëàçåð
Ìîùíîñòü ïåðåäàò÷èêà
0-3 äÁì
Òèï ïðèåìíèêà
InGaP ëàâèííûé ôîòîäèîä
Áþäæåò îïòè÷åñêîé ëèíèè ñâÿçè
30 äÁ äëÿ BER < 10–9
Ìàêñèìàëüíûé óðîâåíü îïòè÷åñêîãî ïðèåìà
–8 äÁì
Ïàðàìåòðû àíàëîãîâîãî âèäåîêàíàëà Ôîðìàòû âõîäíûõ ñèãíàëîâ
NTSC, PAL, SECAM, ñêðåìáëèðîâàííûé Í× âèäåîñèãíàë
Ðàçìàõ ïîëíîãî âèäåîñèãíàëà íà âûõîäå ëèíèè, Â
1±0.1
Èìïåäàíñ
75 Îì, áàëàíñ
×àñòîòà îïðîñà
13,524 ÌÃö
Ðàçðåøàþùàÿ ñïîñîáíîñòü êîäèðîâàíèÿ
8 áèò
10 áèò
Íå õóæå 59 äÁ
Íå õóæå 67 äÁ
±0,10 äÁ +0,3/–1,0 äÁ +0,3/–3,0 äÁ
±0,10 äÁ +0,3/–1,0 äÁ +0,3/–3,0 äÁ
Ðàçëè÷èå óñèëåíèÿ ñèãíàëîâ ÿðêîñòè è öâåòíîñòè, %
2,5
1,5
Ðàñõîæäåíèå âî âðåìåíè ñèãíàëîâ ÿðêîñòè è öâåòíîñòè, íñ
15
15
Èíòåðìîäóëÿöèîííûå èñêàæåíèÿ, %
±2
±1
Íåëèíåéíîñòü ñèãíàëà ÿðêîñòè, %
±3
±1,5
Äèôôåðåíöèàëüíîå óñèëåíèå, %
±3.5
±1,5
Äèôôåðåíöèàëüíàÿ ôàçà, ãðàä
±2,0
±1,0
Íåëèíåéíîñòü ñèãíàëà öâåòíîñòè, %
±4
±2
Ôàçîâûå èñêàæåíèÿ ñèãíàëà öâåòíîñòè, ãðàä
±2
±1
Ñèãíàë/øóì ïðè ìåäëåííîì èçìåíåíèè ñèãíàëà (øóì êâàíòîâàíèÿ) ×àñòîòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà (ìóëüòè÷àñòîòíîãî ñèãíàëà) 4,2 ÌÃö 6,1 ÌÃö 6,2 ÌÃö
Ïàðàìåòðû çâóêîâîãî êàíàëà Àìïëèòóäà âõîäíîãî ñèãíàëà
5-18 äÁì
Èìïåäàíñ
600 Îì, áàëàíñ.
×àñòîòà îïðîñà
41,88 êÃö
Ðàçðåøàþùàÿ ñïîñîáíîñòü êîäèðîâàíèÿ
16 áèò
Êîýôôèöèåíò íåëèíåéíûõ èñêàæåíèé íà ÷àñòîòå 1 êÃö, %
Íå áîëåå 0,05
Íåðàâíîìåðíîñòü À×Õ, äÁ â äèàïàçîíå ÷àñòîò, Ãö 30-125 125-10000 10000-15000 Îòíîøåíèå ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ ñèãíàëà ê ïñîôîìåòðè÷åñêîìó çíà÷åíèþ øóìà, äÁ
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
–0,6/+0,17 ±0,17 –0,6/+0,17 íå ìåíåå 70
255
Передающее устройство
Приемное устройство
одно волокно MUX
T X
R X
а)
16 видео каналов MUX
64 звуковых канала
16 видео каналов
DAP
DAP
64 звуковых канала DEMUX
б)
DAP DAP
MUX
в) DAP
Обозначения Оптический переключатель 2x1 Оптический разветвитель 1x2
Ðèñ. 9.11. Ñõåìû ïîäêëþ÷åíèÿ îáîðóäîâàíèÿ DV6000: à) ïðîñòåéøàÿ ñõåìà ïîäêëþ÷åíèÿ äâóõ óñòðîéñòâ; á) ïîäêëþ÷åíèå íåñêîëüêèõ ïîñëåäîâàòåëüíûõ óñòðîéñòâ; â) ñõåìà ïîäêëþ÷åíèÿ ÷åòûðåõ óñòðîéñòâ c ðåçåðâèðîâàíèåì ïî âîëîêîííî-îïòè÷åñêîé êàáåëüíîé ñèñòåìå
Ëèòåðàòóðà ê ãëàâå 9 1. P.W. Shumate. Ch.2 Telecommunications, Cable Television, and Data Link Systems: (Broadband Access), in Optoelectronics in Japan and the United States. 1997, http://itri.loyola.edu/opto/c2_s4.htm 2. The Cable Connection: The Role of Cable Television in the National Information infrastructure. CableLabs, 1995, http://www.cablelabs.com/WPapers/cableNII.html 3. IEEE Project 802.14/a Draft 3 Revision 1: Cable-TV access method and physical layer specification. Edited by Ivan Reede, Matt Brandt, and Jeyhan Karaoguz. IEEE 1998. – 216 pp. 4. Hybrid Fiber/Coax (HFC) Telephony. ADC Telecommunications, 1998, http://www.webproforum.com/adc/tp01.html 5. Components of the HFC Network. Scientific Atlanta, 1998, http://www.webproforum.com/sciatlanta/tp01.html
256
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
6. H. Nguyen, F. Yao. Hybrid-Fiber Coax. Project 1 EE 4984: Telecommunication Networks, 1996, http://fiddle.ee.vt.edu/courses/ee4984/Projects1996/nguyen_yao/nguyen_yao.html 7. Homeworx™ Hybrid Fiber/Coaxial Access Platform. ADC Telecommunications, 1997, http://www.adc.com/Products/BCDproducts/Hwx-Home.html 8. DV6000™ Universal Digital Transport. ADC Telecommunications, 1998, http://www.adc.com/Products/DV6000/
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
257
Óêàçàòåëü òåðìèíîâ è îïðåäåëåíèé À àäàïòåð áûñòðîãî îêîíöåâàíèÿ / àäàïòåð äëÿ îáíàæåííîãî âîëîêíà (bare fiber adapter) 45 àëãîðèòì 1-ïîñòîÿííûé (1-persistent) 156 àëãîðèòì CSMA/CD 157 àëãîðèòì p-ïîñòîÿííûé (p-persistent) 157 àëãîðèòì íåïîñòîÿííûé (nonpersistent) 156 àïåðòóðà ÷èñëîâàÿ (numerical aperture) 15 àòòåíþàòîð (attenuator) 59
Á áàëàíñ ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé (DC balance) 135 áèòîâîå âðåìÿ (BT) 160 áëóæäàþùèé MAC 122 áóôåð ýëàñòè÷íûé (elasticity buffer) 139 áþäæåò ëèíèè (line badget) *********
Ä äæèòòåð (jitter) 86 äèàïàçîí äëèí âîëí ðàáî÷èé (passband) 52 äèîä ëàçåðíûé (laser diode) 74, 75 äèîä ñâåòîèçëó÷àþùèé (light emitting diode) 74 äèñïåðñèÿ (dispersion) 22 äèñïåðñèÿ âîëíîâîäíàÿ (wave-guide dispersion) 22, 23 äèñïåðñèÿ ìàòåðèàëüíàÿ (material dispersion) 22, 23 äèñïåðñèÿ ìåæìîäîâàÿ (mode dispersion) 22, 23 äèñïåðñèÿ ïîëÿðèçàöèîííàÿ ìîäîâàÿ (polarization mode dispersion) 26, 224 äèñïåðñèÿ õðîìàòè÷åñêàÿ (chromatic dispersion) 23-25 äèôôåðåíöèàëüíàÿ ìîäîâàÿ çàäåðæêà (differential mode delay) 186 äëèíà âîëíû íóëåâîé äèñïåðñèè (zero dispersion wavelength) 24
Â
äëèíà âîëíû îòñå÷êè (cutoff wavelength) 17
âåëè÷èíà ñåãìåíòíîé âàðèàöèè çàäåðæêè (segment variability value) 174
äëèíà âîëíû îòñå÷êè âîëîêîííàÿ (fiber cutoff wavelength) 18
âíîñèìûå ïîòåðè (insertion loss) 37
äëèíà âîëíû îòñå÷êè êàáåëüíàÿ (cable cutoff wavelength) 18
âîëíîâîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå (wavelength division multiplexing) 21, 53
äóïëåêñíûé êàíàë ñâÿçè (full-duplex link) 182
âîëíîâîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå ïëîòíîå (dense wavelength division multiplexing) 200 âîëíîâîé êîíâåðòåð (wavelength converter) 200, 221, 228 âîëîêíî ìíîãîìîäîâîå (multi mode fiber) 11, 12, 28-30 âîëîêíî îäíîìîäîâîå (single mode fiber) 11, 13, 30-34 âîëîêíî îïòè÷åñêîå (optical fiber) 11 âîëîêíî ñ êîìïåíñèðóþùåé äèñïåðñèåé (dispersion-compensating fiber) 33
Ç çàäåðæêà íà äâîéíîì ïðîáåãå (round-trip delay) 159, 172, 178 çàêîí Ñíåëëèóñà (Snell’s law) 14 çàïàñ íàäåæíîñòè (safety margin) 172 çàòóõàíèå (loss) 19 çîíà óñèëåíèÿ (passband) 87, 91, 209
âðåìÿ íàðàñòàíèÿ/ñïàäà (rise/folling time) 82
È
âðåìÿ îáðàùåíèÿ ìàðêåðà (token rotation time) 142
èçîëÿòîð (isolator) 57
âðåìÿ îáðàùåíèÿ ìàðêåðà òðåáóåìîå (target token rotation time) 142
èíòåðôåéñ AUI 163
âðåìÿ óäåðæàíèÿ ìàðêåðà (token holding time) 117
èíòåðôåéñ GMII 183
èíòåðêîííåêò (interconnect) 66
èíòåðôåéñ MDI 163 èíòåðôåéñ MII 175
258
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
èíòåðôåéñ òðèáíûé 213
êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ (gain) 206 êðîññ-êîííåêò (cross-connect) 66
Ê êàáåëü âîëîêîííî-îïòè÷åñêèé (fiber optic cable) 7, 61
Ë ëó÷è íàïðàâëÿåìûå (light guiding rays) 14
êàäð Ethernet 154 êàäð FDDI 140 êâàíòîâàÿ ýôôåêòèâíîñòü (quantum efficiency) 81 êîäèðîâàíèå 4B/5B 135 êîäèðîâàíèå 8B/10B 183-186 êîäèðîâàíèå 8B/6T 177 êîäèðîâàíèå MLT-3 138 êîäèðîâàíèå NRZI (non return to zero with inversion on ones) 134 êîäèðîâàíèå PAM-5 188
Ì ìàðêåð FDDI 140 ìåæêàäðîâûé èíòåðâàë (interframe gap) 158 ìîäà (mode) 15 ìîäóëÿöèÿ ÷èðïèðîâàííàÿ (chirp modulation) 27 ìîùíîñòü øóìà ýêâèâàëåíòíàÿ (equivalent nose power) 82 ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå (multiplexing) 96
êîäèðîâàíèå QAM-25 188
ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå âðåìåííîå ñèíõðîííîå (synchronous TDM) 96-98
êîäèðîâàíèå ìàí÷åñòåðñêîå (Manchester code)134
ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå âðåìåííîå ñòàòèñòè÷åñêîå (asynchronous TDM) 101-103
êîëëèçèîííûé äîìåí (collision domain) 156 êîëëèçèÿ (collision) 156, 159
ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå èíâåðñíîå (inverse multiplexing) 103
êîëüöî äâîéíîå (dual ring) 123
ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå ÷àñòîòíîå (FDM) 96
êîëüöî ëîãè÷åñêîå (logical ring) 117
ìóôòà (closure) 61
êîëüöî ìàðêåðíîå (token ring) 117 êîììóòàòîð (switch) 168, 178
Í
êîììóòàòîð áëîêèðóþùèé (blocking switch) 218
íàñûùåíèå (saturation) 83
êîììóòàòîð îïòè÷åñêèé (optical switch) 214 êîììóòàòîð ïåðåñòðàèâàåìûé íåáëîêèðóþùèé (rearrangeable non-blocking switch) 218
Î
êîììóòàòîð ñòðîãî íåáëîêèðóþùèé (strictly non-blocking switch) 218
îáðàòíîå äàâëåíèå (back pressure) 169
êîììóòàöèÿ êàíàëîâ (circuit switching) 105 êîììóòàöèÿ íà ëåòó (cut-through) 169
îáîëî÷êà âîëîêíà (fiber cladding) 11, 12
îïòè÷åñêàÿ ðàñïðåäåëèòåëüíàÿ êîðîáêà (optical distribution box) 63
êîììóòàöèÿ ïàêåòîâ (packet switching) 106
îïòè÷åñêàÿ ðàñïðåäåëèòåëüíàÿ ïàíåëü (optical distribution panel) 64
êîììóòàöèÿ ñ áóôåðèçàöèåé (store-andforward) 169
îïòè÷åñêîå êðîññîâîå óñòðîéñòâî (optical cross) 65
êîíâåðòåð Ethernet 164
îïòè÷åñêèé îáõîäíîé ïåðåêëþ÷àòåëü (OBS) 125
êîíâåðòåð FDDI 150
îïòè÷åñêèé óðîâåíü (optical layer) 233
êîíòðîëü ïîòîêà (flow control) 110, 196
îòðàæåíèå îáðàòíîå (back reflection) 29
êîíòðîëü ïîòîêà, îñíîâàííûé íà êàäðàõ (frame based flow control) 182, 191, 194 êîíöåíòðàòîð äâîéíîãî ïîäêëþ÷åíèÿ (DAC) 120 êîíöåíòðàòîð íóëåâîãî ïîäêëþ÷åíèÿ (NAC) 120 êîíöåíòðàòîð îäèíî÷íîãî ïîäêëþ÷åíèÿ (SAC) 120 êîýôôèöèåíò íàïðàâëåííîñòè (directivity) 51
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
Ï ïàêåòíàÿ ïåðåãðóæåííîñòü (packet bursting) 189 ïåðåêëþ÷àòåëü (mechanical switch) 60 ïîâòîðèòåëü (repeater) 86, 165
259
ïîâòîðèòåëü Fast Ethernet 178
ñêðåìáëåð (scrambler) 138
ïîâòîðèòåëü áóôåðíûé (buffer repeater) 190
ñìåøåíèå ÷åòûðåõâîëíîâîå (four-wave mixing) 224
ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêàÿ ñåòü (all-optical network) 199
ñîåäèíèòåëü FC (FC connector) 42
ïîëþñ (input/output channel) 50
ñîåäèíèòåëü MIC (MIC connector) 44, 131
ïîìåõè ïåðåõîäíûå íà áëèæíåì êîíöå NEXT (near-end crosstalk/directivity ) 54
ñîåäèíèòåëü SC (SC connector) 42
ïîìåõè ïåðåõîäíûå íà äàëüíåì êîíöå FEXT (far-end crosstalk/isolation) 54 ïîìåõè ïîïåðå÷íûå (crosstalk) 224 ïîòåðè êàáåëüíûå (cable loss) 21 ïîòåðè íà îáðàòíîì îòðàæåíèè (back loss) 40 ïîòåðè íà ïîãëîùåíèè (absorption loss) 20 ïîòåðè íà ðàçâåòâëåíèè (splitting loss) 52 ïîòåðè íà ðàññåÿíèè (scattering loss) 20 ïîòåðè ñîáñòâåííûå (loss) 19 ïðîòîêîë RSVP 195
Ð ðàáî÷àÿ ñòàíöèÿ (workstation) 165 ðàçâåòâèòåëü (coupler, splitter) 49 ðàçâåòâèòåëü äðåâîâèäíûé (tree coupler) 49 ðàçâåòâèòåëü çâåçäîîáðàçíûé(star coupler) 50 ðàçâåòâèòåëü îòâåòâèòåëü (tap) 50 ðàñøèðåíèå íîñèòåëÿ (carrier extension) 189 ðåçåðâèðîâàíèå (dual homing) 125
ñîåäèíèòåëü ST (ST connector) 43 ñîåäèíèòåëü ðàçúåìíûé (connector) 36 ñîîòíîøåíèå ðàçâåòâëåíèÿ (splitting ratio) 52 ñîîòíîøåíèå ñèãíàë/øóì (signal/nose ratio) 83 ñîñåä ïîñëåäóþùèé (downstream neighbor) 117 ñîñåä ïðåäøåñòâóþùèé (upstream neighbor) 117 ñïëàéñ ìåõàíè÷åñêèé (mechanical splice) 45 ñòàíöèîííûé êàáåëü (interfacility fiber cable) 62 ñòàíöèÿ äâîéíîãî ïîäêëþ÷åíèÿ (DAS) 120 ñòàíöèÿ îäèíî÷íîãî ïîäêëþ÷åíèÿ (SAS) 120
Ò òåã-êîììóòàöèÿ (tag switching) 195 òåðìèíèðîâàíèå (termination) 62 òîê äðîáîâîé (shot nose current) 82 òîê òåìíîâîé (dark current) 82 òîêîâàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü (current sensitivity) 81 òðàíñèâåð Ethernet (transceiver) 163 òðàíñèâåð Fast Ethernet 178
ðýëååâñêîå ðàññåÿíèå (Rayleigh scattering ) 20
Ó Ñ ñâàðíîå ñîåäèíåíèå (fusing splicing ) 46-49
óñå÷åííàÿ áèíàðíàÿ ýêñïîíåíöèàëüíàÿ çàäåðæêà (truncated binary exponential delay) 160
ñâåðòûâàíèå êîëüöà (WRAP) 117, 125
óñèëåííîå ñïîíòàííîå èçëó÷åíèå (amplified spontaneous emission) 206
ñåðäöåâèíà âîëîêíà (fiber core) 11, 12
óñèëèòåëü ëèíåéíûé (line amplifier) 210
ñåòåâàÿ êàðòà (network interface card)
óñèëèòåëü ìîùíîñòè (booster) 210
ñåòåâàÿ êàðòà Ethernet 165
óñèëèòåëü îïòè÷åñêèé íà âîëîêíå EDFA 90-94, 205
ñåòåâàÿ êàðòà Fast Ethernet 178 ñåòåâàÿ êàðòà FDDI 150 ñåòåâàÿ êàðòà Gigabit Ethernet 190 ñåòü âèðòóàëüíàÿ (virtual LAN) 194 ñåòü äåéòàãðàììíàÿ (datagram network) 108 ñåòü ñ âèðòóàëüíûìè êàíàëàìè (virtual channel network) 108
óñèëèòåëü îïòè÷åñêèé íà âîëîêíå EDFA êðåìíèåâûé (silica based EDFA) 93 óñèëèòåëü îïòè÷åñêèé íà âîëîêíå EDFA íà âîëîêíå ôòîð-öèðêîíàòíûé (fluoride based EDFA) 94 óñèëèòåëü îïòè÷åñêèé ïîëóïðîâîäíèêîâûé (semiconductor amplifier) 89 óñèëèòåëü ïðåäâàðèòåëüíûé (pre-amplifier) 209
ñèãíàë Jam 158
260
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Ô ôèëüòð WDM óçêîçîííûé (narrowband WDM filter) 56
÷óâñòâèòåëüíîñòü (sensitivity) 83
Ø
ôèëüòð WDM øèðîêîçîííûé (broadband WDM filter) 56
øíóð îïòè÷åñêèé òèïà pig-tail 62
ôèëüòð ïîâòîðåíèé (repeater filter) 140
øíóð îïòè÷åñêèé (patch-cord) 44
ôóíêöèÿ Jabber 165
øóì-ôàêòîð (noise figure) 207
ôóíêöèÿ ñãëàæèâàíèÿ (smoother) 139
Ý ×
ýôôåêò Ïîêêåëüñà (Pockels effect) 214
÷àñòîòà íîðìèðîâàííàÿ 15
ýôôåêò Ôàðàäåÿ 57
÷àñòîòà ïîÿâëåíèÿ îøèáîê (bit-error rate) 83
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
261
Ñïèñîê ñîêðàùåíèé Àíãëèéñêèå ñîêðàùåíèÿ ADSL
Asymmetrical Digital Subscriber Line
Àñèììåòðè÷íàÿ öèôðîâàÿ àáîíåíòñêàÿ ëèíèÿ
AM
Amplitude Modulation
Àìïëèòóäíàÿ ìîäóëÿöèÿ
ANSI
American Nation Standards Institute
Àìåðèêàíñêèé íàöèîíàëüíûé èíñòèòóò ñòàíäàðòîâ
AON
All-Optical Networks
Ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèå ñåòè
APC
Angled Physical Contact
Óãëîâîé ôèçè÷åñêèé êîíòàêò (òèï êîíòàêòà â îïòè÷åñêèõ ñîåäèíèòåëÿõ)
ASCII
American Standard Code for Information Interchange
Àìåðèêàíñêèé ñòàíäàðòíûé êîä äëÿ îáìåíà èíôîðìàöèåé
ASE
Amplified Spontaneous Emission
Cïîíòàííî óñèëåííîå èçëó÷åíèå
ASK
Amplitude Shift Keying
Àìïëèòóäíàÿ ìàíèïóëÿöèÿ (âèä ìîäóëÿöèè)
ATM
Asynchronous Transfer Mode
Ðåæèì àñèíõðîííîé ïåðåäà÷è (óíèâåðñàëüíûé ñåòåâîé ñòàíäàðò âûñîêîé ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòè)
AUI
Attachment Unit Interface
Èíòåðôåéñ óñòðîéñòâà äîñòóïà (ïîäêëþ÷åíèÿ)
AWG
Arrayed Waveguide Grating
Ðåøåòî÷íàÿ ñòðóêòóðà âîëíîâîäíûõ ìàññèâîâ
BER
Bit-Error Rate
×àñòîòà ïîÿâëåíèÿ îøèáîê
BNC
Bayonet Nut Connector
Áàéîíåòíûé ñîåäèíèòåëü (òèïà “áýáè N”)
BPPS
Bit-Parallel Packet Switching
Ïàðàëëåëüíàÿ áèòîâàÿ êîììóòàöèÿ
BRI
Basic Rate Interface
Èíòåðôåéñ áàçîâîãî äîñòóïà (ñî ñêîðîñòüþ 144 Êáèò/ñ ê ñåòè ISDN)
BSPS
Bit-Sequential Packet Switching
Ïîñëåäîâàòåëüíàÿ áèòîâàÿ êîììóòàöèÿ
BT
Bit Time
Áèòîâûé èíòåðâàë (âðåìÿ, çà êîòîðîå ïåðåäàåòñÿ îäèí áèò)
CATV
Community Antenna Television or Cable Television
Êàáåëüíîå òåëåâèäåíèå
CCITT
International Telegraph and Telephone Consultative Committee
Ìåæäóíàðîäíûé êîíñóëüòàöèîííûé êîìèòåò ïî òåëåôîííîé è òåëåãðàôíîé ñâÿçè (ñîâðåìåííîå íàçâàíèå ITU-T)
CDDI
Copper Distributed Data Interface
Ðàñïðåäåëåííûé èíòåðôåéñ ïåðåäà÷è äàííûõ (òðàôèêà FDDI) ïî ìåäíîìó êàáåëþ
CF
Fiber Cutoff (Wavelength)
Âîëîêîííàÿ äëèíà âîëíû îòñå÷êè (â îäíîìîäîâîì âîëîêíå)
CO
Central Office
Öåíòðàëüíûé îôèñ
CP
Collision Presence
Íàëè÷èå êîëëèçèè
CRC
Cyclic Redundancy Check
Êîíòðîëüíàÿ öèêëè÷åñêàÿ ñóììà
CSMA/CD
Carrier-Sense Multiple Access with Collision Detection
Ìíîæåñòâåííûé äîñòóï ñ êîíòðîëåì íåñóùåé è îáíàðóæåíèåì êîëëèçèé (êîíôëèêòîâ)
CÑF
Cabled Fiber Cutoff (Wavelength)
Êàáåëüíàÿ äëèíà âîëíû îòñå÷êè (â îäíîìîäîâîì âîëîêíå)
DA
Destination Address
Àäðåñ íàçíà÷åíèÿ
DAC
Dual Attachment Concentrator
Êîíöåíòðàòîð ñ äâîéíûì ïîäêëþ÷åíèåì ê ìàãèñòðàëüíîé ñåòè FDDI
DAS
Dual Attachment Station
Ñòàíöèÿ ñ äâîéíûì ïîäêëþ÷åíèåì ê ìàãèñòðàëüíîé ñåòè FDDI
DBS
Direct Broadcast Satellite (service)
Ïðÿìîé ñïóòíèêîâûé øèðîêîâåùàòåëüíûé ñåðâèñ
262
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
DCF
Dispersion-Compensating Fiber
Âîëîêíî ñ êîìïåíñèðóþùåé äèñïåðñèåé
DEMUX
DeMultiplexor
Äåìóëüòèïëåêñîð
DFB
Distributed FeedBack (Laser)
Ëàçåð ñ ðàñïðåäåëåííîé îáðàòíîé ñâÿçüþ
DMD
Differential Mode Delay
Äèôôåðåíöèàëüíàÿ ìîäîâàÿ çàäåðæêà
DQDB
Distributed Queue Dual Bus
Äâîéíàÿ øèíà ðàñïðåäåëåííûõ î÷åðåäåé. Ñòàíäàðò IEEE 802.6 ëîêàëüíîé ñåòè ãîðîäñêîãî ìàñøòàáà
DSF
Dispersion-Shifted (single mode) Fiber
Âîëîêíî (îäíîìîäîâîå) ñî ñìåùåííîé äèñïåðñèåé
DSL
Digital Subscriber Line
Öèôðîâàÿ àáîíåíòñêàÿ ëèíèÿ
DTE
Data Terminal Equipment
Îêîíå÷íîå îáîðóäîâàíèå äàííûõ
DWDM
Dense Wavelength Division Multiplexing
Ïëîòíîå âîëíîâîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå, ðàçíîâèäíîñòü WDM, êîãäà ðàññòîÿíèå ìåæäó ñîñåäíèìè äëèíàìè âîëí íå áîëåå 2 íì
E1
E1
Ïåðâè÷íûé êàíàë 2,048 Ìáèò/ñ, ñîîòâåòñòâóþùèé âòîðîìó óðîâíþ â åâðîïåéñêîé âåðñèè PHD
E2
E2
Âòîðè÷íûé êàíàë 8,448 Ìáèò/ñ, ñîîòâåòñòâóþùèé âòîðîìó óðîâíþ â åâðîïåéñêîé âåðñèè PHD
E3
E3
Òðåòè÷íûé êàíàë 34,368 Ìáèò/ñ, ñîîòâåòñòâóþùèé òðåòüåìó óðîâíþ â åâðîïåéñêîé âåðñèè PDH
EC laser
External Cavity laser
Ëàçåð ñ âíåøíèì ðåçîíàòîðîì
EDFA
Erbium Doped Fiber Amplifier
Îïòè÷åñêèé óñèëèòåëü íà âîëîêíå, ëåãèðîâàííîì ýðáèåì
EIA
Electronic Industries Association
Àññîöèàöèÿ ïðîèçâîäèòåëåé ýëåêòðîííîãî îáîðóäîâàíèÿ â ÑØÀ
FCS
Frame Check Sequence
Êîíòðîëüíàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü êàäðîâ
FDDI
Fiber Distributed Data Interface
Ðàñïðåäåëåííûé èíòåðôåéñ ïåðåäà÷è äàííûõ ïî âîëîêîííî-îïòè÷åñêîìó êàáåëþ. Ñòàíäàðò ñåòè, ïðèíÿòûé êîìèòåòîì ANSI X3T9.5
FDF
Fiber Distribution Frame
Îïòè÷åñêèé ðàñïðåäåëèòåëüíûé øêàô
FDM
Frequency Division Multiplexing
Ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå ñ ïîìîùüþ äåëåíèÿ ÷àñòîòû
FEXT
Far-End CrossTalk (ñèíîíèì isolation)
Ïåðåõîäíûå ïîìåõè íà äàëüíåì êîíöå
FITL
Fiber In The Loop
Âîëîêíî, ïîëîæåííîå ïî êðóãó
FM
Frequency Modulation
×àñòîòíàÿ ìîäóëÿöèÿ
FMDF
Fiber Main Distribution Frame
Ãëàâíûé îïòè÷åñêèé ðàñïðåäåëèòåëüíûé øêàô
FOIRL
Fiber Optic Inter-Repeater Link
Âîëîêîííî-îïòè÷åñêèé êàíàë ìåæäó ïîâòîðèòåëÿìè Ethernet
FP laser
Fabry-Perot laser
Ëàçåð ñ ðåçîíàòîðîì Ôàáðè-Ïåðî
FSK
Frequency Shift Keying
×àñòîòíàÿ ìàíèïóëÿöèÿ (âèä ìîäóëÿöèè)
FTB
Fiber Terminal Block
Áëîê òåðìèíèðîâàíèÿ âîëîêîí
FTP
File Transfer Protocol
Ïðîòîêîë ïåðåäà÷è ôàéëîâ
FTTC
Fiber To The Curb
Âîëîêíî â ìîíòàæíûé øêàô
FTTH
Fiber To The Home
Âîëîêíî â äîì (âîëîêíî â êâàðòèðó)
FWM
Four-Wave Mixing
×åòûðåõâîëíîâîå ñìåøåíèå
GEA
Gigabit Ethernet Alliance
Ãèãàáèòíûé Ethernet àëüÿíñ
GMII
Gigabit Media Independent Interface
Ãèãàáèòíûé ñðåäîíåçàâèñèìûé èíòåðôåéñ
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
263
HDLC
High-Level Data Link Control
Óïðàâëåíèå êàíàëîì äàííûõ âûñîêîãî óðîâíÿ
HDT
Host Digital Terminal
Ãîëîâíîé öèôðîâîé òåðìèíàë
HFC
Hybrid Fiber Coax (architecture)
Ãèáðèäíàÿ âîëîêîííî-êîàêñèàëüíàÿ (àðõèòåêòóðà)
ICS
Interim Cut-through Switching
Ïðîìåæóòî÷íàÿ êîììóòàöèÿ íà ëåòó
IEC
International Electrotechnical Commission
Ìåæäóíàðîäíàÿ ýëåêòðîòåõíè÷åñêàÿ êîìèññèÿ
IEEE
Institute of Electrical and Electronic Engineers
Èíñòèòóò èíæåíåðîâ ýëåêòðîòåõíèêè è ýëåêòðîíèêè
IFG
Inter-Frame Gap
Ìåæêàäðîâûé èíòåðâàë
ILD
Injection Laser Diode
Ëàçåðíûé äèîä
IP
Internet Protocol
Ìåæñåòåâîé ïðîòîêîë
IPX
Internetwork Packet Exchange
Ìåæñåòåâîé îáìåí ïàêåòàìè (ïðîòîêîë äëÿ ñåòåâîé îïåðàöèîííîé ñèñòåìû Novell NetWare)
ISDN
Integrated Services Digital Network
Öèôðîâàÿ ñåòü ñ èíòåãðèðîâàííûì îáñëóæèâàíèåì
ISO
International Standards Organisation
Ìåæäóíàðîäíàÿ îðãàíèçàöèÿ ïî ñòàíäàðòèçàöèè
ISU
Integrated Service Unit
Èíòåãðèðîâàííîå ñåðâèñíîå óñòðîéñòâî
ITU
International Telecommunication Union
Ìåæäóíàðîäíûé ñîþç ïî ýëåêòðîñâÿçè (ñòðóêòóðíîå ïîäðàçäåëåíèå ÎÎÍ)
ITU-T
òîæå ñàìîå, ÷òî ITU-TSS
ITU-TSS
International Telecommunication Union/ Telecommunication Standardization Sector
Ñåêòîð ïî ñòàíäàðòèçàöèè òåëåêîììóíèêàöèé â ñîñòàâå ITU
LD
Laser Diode
Ëàçåðíûé äèîä
LED
Light-Emitting Diode
Ñâåòîèçëó÷àþùèé äèîä
LLC
Logical Link Control
Óïðàâëåíèå ëîãè÷åñêèì çâåíîì (âåðõíèé ïîäóðîâåíü êàíàëüíîãî óðîâíÿ ìîäåëè OSI)
LSA
LAN Security Architecture
Àðõèòåêòóðà áåçîïàñíîñòè ëîêàëüíîé ñåòè
MAC
Media Access Control
Óïðàâëåíèå äîñòóïîì ê ñðåäå (íèæíèé ïîäóðîâåíü êàíàëüíîãî óðîâíÿ ìîäåëè OSI)
MAU
Media Attachment Unit
Áëîê äîñòóïà ê ñðåäå ïåðåäà÷è äàííûõ
MCP
Mode conditioning Patch-cord
Ñïåöèàëèçèðîâàííûé îïòè÷åñêèé øíóð, îáåñïå÷èâàþùèé ëó÷øèé ðåæèì ðàñïðîñòðàíåíèÿ ìîä ïðè íàëè÷èè DMD
MDI
Medium Dependent Interface
Èíòåðôåéñ, çàâèñÿùèé îò ñðåäû
MFD
Mode Field Diameter
Äèàìåòð ìîäîâîãî ïîëÿ
MIC
Media Interface Connector
Òèï îïòè÷åñêîãî ñîåäèíèòåëÿ, ïðèíÿòûé â ñòàíäàðòå FDDI
MII
Medium Independent Interface
Ñðåäîíåçàâèñèìûé èíòåðôåéñ
MMF
Multi Mode Fiber
Ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî
MMF-PMD
Multi Mode Fiber – Physical Medium Dependent interface
Çàâèñÿùèé îò ôèçè÷åñêîé ñðåäû èíòåðôåéñ íà ìíîãîìîäîâîå âîëîêíî
MUX
Multiplexor
Ìóëüòèïëåêñîð
NA
Numerical Aperture
×èñëîâàÿ àïåðòóðà
NAÑ
Null Attachment Concentrator
Êîíöåíòðàòîð FDDI, íå èìåþùèé ïîäêëþ÷åíèé ê ìàãèñòðàëüíîé ñåòè
NEXT
Near-End CrossTalk (ñèíîíèì directivity)
Ïåðåõîäíûå ïîìåõè íà áëèæíåì êîíöå
264
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
NF
Noise Figure
Øóì-ôàêòîð
NIC
Network Interface Card
Ñåòåâàÿ êàðòà
NMCS
Numerical Integrated Service Unit
Èíòåãðèðîâàííîå ñåðâèñíîå óñòðîéñòâî ìíîæåñòâåííîãî äîñòóïà
NRZ
Non Return to Zero
Êîäèðîâàíèå áåç âîçâðàòà ê íóëþ
NRZI
Non Return to Zero Invert on ones
Êîäèðîâàíèå áåç âîçâðàòà ê íóëþ ñ èíâåðòèðîâàíèåì íà åäèíèöàõ
NZDSF
Non-Zero Dispersion-Shifted (single mode) Fiber
Âîëîêíî (îäíîìîäîâîå) ñ íåíóëåâîé ñìåùåííîé äèñïåðñèåé
OBS
Optical Bypass Switch
Îïòè÷åñêèé îáõîäíîé ïåðåêëþ÷àòåëü
ODN
Optical Distribution Node
Îïòè÷åñêèé ðàñïðåäåëèòåëüíûé óçåë
OSI
Open Systems Interconnection (model)
Ìîäåëü âçàèìîäåéñòâèÿ îòêðûòûõ ñèñòåì
OT
Optical Terminal
Îïòè÷åñêèé òåðìèíàë
PAM
Pulse Amplitude Modulation
Àìïëèòóäíî-èìïóëüñíàÿ ìîäóëÿöèÿ
PAS
Profile Alignment System
Ìåòîä àâòîìàòè÷åñêîãî öåíòðèðîâàíèÿ, îñíîâàííûé íà áîêîâîì ïðîñâå÷èâàíèè âîëîêîí
PC
Physical Contact
Ôèçè÷åñêèé êîíòàêò (òèï êîíòàêòà â îïòè÷åñêèõ ñîåäèíèòåëÿõ)
PCS
Physical Coding Sublayer
Óðîâåíü ôèçè÷åñêîãî êîäèðîâàíèÿ
PDH
Plesiochronous Digital Hierarchy
Ïëåçèîõðîííàÿ öèôðîâàÿ èåðàðõèÿ
PHY
Physical Layer Protocol
Ïðîòîêîë ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ (ñòàíäàðò âåðõíåãî ïîäóðîâíÿ ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ FDDI)
PLS
Physical Layer Signaling
Ïîäóðîâåíü ôèçè÷åñêîé ñèãíàëèçàöèè
PMA
Physical Medium Attachment
Óðîâåíü ïîäñîåäèíåíèÿ ê ôèçè÷åñêîé ñðåäå
PMD
Physical Medium Dependent
Çàâèñÿùèé îò ôèçè÷åñêîé ñðåäû ïðîòîêîë (ñòàíäàðò íèæíåãî ïîäóðîâíÿ ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ FDDI)
PON
Passive Optical Network
Ïàññèâíàÿ îïòè÷åñêàÿ ñåòü
PRI
Primary Rate Interface
Èíòåðôåéñ îñíîâíîãî äîñòóïà (ñî ñêîðîñòüþ 1,544 è 2,048 Ìáèò/ñ ê ñåòè ISDN äëÿ ÑØÀ è Åâðîïû ñîîòâåòñòâåííî)
QAM
Quadrature Amplitude Modulation
Êâàäðàòóðíàÿ àìïëèòóäíàÿ ìîäóëÿöèÿ
QoS
Quality of Service
Êà÷åñòâî ñåðâèñà
QPSK
Quadrature Phase Shift Keying
Êâàäðàòóðíàÿ ôàçîâàÿ ìîäóëÿöèÿ
RSVP
Resource Reservation Protocol
Ïðîòîêîë ðåçåðâèðîâàíèÿ ðåñóðñîâ
RTD
Round-Trip Delay
Çàäåðæêà íà äâîéíîì ïðîáåãå
SA
Source Address
Àäðåñ îòïðàâèòåëÿ
SAS
Single Attachment Station
Ñòàíöèÿ ñ îäèíàðíûì ïîäêëþ÷åíèåì ê ìàãèñòðàëüíîé ñåòè FDDI (÷åðåç êîíöåíòðàòîð)
SAÑ
Single Attachment Concentrator
Êîíöåíòðàòîð ñ îäèíàðíûì ïîäêëþ÷åíèåì ê ìàãèñòðàëüíîé ñåòè FDDI (÷åðåç êîíöåíòðàòîð)
SCM
Sub-Carrier Multiplexing
Ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå íà ïîäíåñóùåé
SDDI
Shielded Distributed Data Interface
Ïðîìûøëåííûé ñòàíäàðò äëÿ ðåàëèçàöèè FDDI ïî ýêðàíèðîâàííîé âèòîé ïàðå (STP IBM Type 1)
SDH
Synchronous Digital Hierarchy
Ñèíõðîííàÿ öèôðîâàÿ èåðàðõèÿ. (Åâðîïåéñêèé ñòàíäàðò äëÿ âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ëèíèé ðàñïðåäåëåííûõ ñåòåé)
SDV
Switch Digital Video
Êîììóòèðóåìîå öèôðîâîå âèäåî
SF
Standard Fiber
Ñòàíäàðòíîå âîëîêíî (îäíîìîäîâîå ñòóïåí÷àòîå âîëîêíî)
SFD
Start Frame Delimiter
Îãðàíè÷èòåëü íà÷àëà êàäðà
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
265
SFM
Self-Phase Modulation
Ìåæôàçíàÿ ìîäóëÿöèÿ
SMDS
Switched Multimegabit Data Service
Ñëóæáà ìíîãîìåãàáèòîâîé êîììóòàöèè äàííûõ
SMF
Single Mode Fiber
Îäíîìîäîâîå âîëîêíî
SMF-PMD
Single Mode Fiber – Physical Medium Dependent
Ñòàíäàðò íèæíåãî ïîäóðîâíÿ ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ FDDI, îðèåíòèðîâàííûé íà îäíîìîäîâîå îïòè÷åñêîå âîëîêíî
SMT
Station Management
Óïðàâëåíèå ñòàíöèåé. Ñòàíäàðò FDDI, îòâåòñòâåííûé çà óïðàâëåíèå ñåòåâûì óñòðîéñòâîì (îõâàòûâàåò ïîäóðîâíè ÌÀÑ, PHY, PMD)
SMWL
Simple Multi-Wavelength Link
Ïðîñòàÿ ìíîãîâîëíîâàÿ ëèíèÿ ñâÿçè
SNA
System Network Architecture
Ñèñòåìíàÿ ñåòåâàÿ àðõèòåêòóðà
SNMP
Simple Network Management Protocol
Ïðîñòîé ïðîòîêîë óïðàâëåíèÿ ñåòüþ
SNR
Signal to Nose Ratio
Ñîîòíîøåíèå ñèãíàë/øóì
SONET
Synchronous Optical NETwork
Ñèíõðîííàÿ îïòè÷åñêàÿ ñåòü (ñòàíäàðò ñèíõðîííîé öèôðîâîé èåðàðõèè, ïðèíÿòûé â ÑØÀ)
SPC
Super Physical Contact
Ñóïåðôèçè÷åñêèé êîíòàêò (òèï êîíòàêòà â îïòè÷åñêèõ ñîåäèíèòåëÿõ)
SPM
Self-phase modulation
Ìåæôàçíàÿ ìîäóëÿöèÿ
STM-1
Synchronous Transport Module of level 1
Ñèíõðîííûé òðàíñïîðòíûé ìîäóëü ïåðâîãî óðîâíÿ èåðàðõèè SDH – 155,520 Ìáèò/ñ
STM-16
Synchronous Transport Module of level 16
Ñèíõðîííûé òðàíñïîðòíûé ìîäóëü 16 óðîâíÿ èåðàðõèè SDH – 2488,320 Ìáèò/ñ
STM-4
Synchronous Transport Module of level 4
Ñèíõðîííûé òðàíñïîðòíûé ìîäóëü 4 óðîâíÿ èåðàðõèè SDH – 622,080 Ìáèò/ñ
STM-64
Synchronous Transport Module of level 64
Ñèíõðîííûé òðàíñïîðòíûé ìîäóëü 64 óðîâíÿ èåðàðõèè SDH – 9953,280 Ìáèò/ñ
STP
Shielded Twisted Pair
Ýêðàíèðîâàííàÿ âèòàÿ ïàðà
SVV
Segment Variability Value
Âåëè÷èíà ñåãìåíòíîé âàðèàöèè çàäåðæêè
T1
T1
Ïåðâè÷íûé öèôðîâîé êàíàë ñî ñêîðîñòüþ ïåðåäà÷è 1,544 Ìáèò/ñ, ñòàíäàðòíûé â àìåðèêàíñêîé èåðàðõèè (PHD)
TCP/IP
Transmission Control Protocol/Internet Protocol
Ïðîòîêîë óïðàâëåíèÿ ïåðåäà÷åé/ìåæñåòåâîé ïðîòîêîë
TDM
Time Division Multiplexing
Âðåìåííîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå (óïëîòíåíèå)/ Ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå ñ âðåìåííûì ðàçäåëåíèåì
THT
Token Holding Time
Âðåìÿ óäåðæàíèÿ ìàðêåðà (â ñòàíäàðòå FDDI)
TIA
Telecommunication Industry Association
Àññîöèàöèÿ ïðîìûøëåííîñòè ñðåäñòâ ñâÿçè
TMN
Telecommunications Management Network
Ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ òåëåêîììóíèêàöèîííûìè ñåòÿìè
TP-PMD
Twisted Pair – Physical Medium Dependent interface
Çàâèñÿùèé îò ôèçè÷åñêîé ñðåäû èíòåðôåéñ íà âèòóþ ïàðó
TTRP
Timed Token Rotation Protocol
Ïðîòîêîë âðåìåííîãî îáðàùåíèÿ ìàðêåðà
TTRT
Target Token Rotation Time
Îæèäàåìîå âðåìÿ îáõîäà êîëüöà ìàðêåðîì
UPC
Ultra Physical Contact
Óëüòðàôèçè÷åñêèé êîíòàêò (òèï êîíòàêòà â îïòè÷åñêèõ ñîåäèíèòåëÿõ)
UTP
Unshielded Twisted Pair
Íåýêðàíèðîâàííàÿ âèòàÿ ïàðà
VCI
Virtual Circuit Identifier
Âèðòóàëüíûé èäåíòèôèêàòîð öåïè
VSB
Vestigial Side-Band
Áîêîâàÿ ïîëîñà ÷àñòîò
WDM
Wavelength Division Multiplexing
Ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå ñ óïëîòíåíèåì ïî äëèíàì âîëí / âîëíîâîå ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå
WWW
World Wide Web
Âñåìèðíàÿ ïàóòèíà (ñåòü Internet)
266
Ð.Ð. ÓÁÀÉÄÓËËÀÅÂ
Ðóññêèå ñîêðàùåíèÿ ÂÎÊ
Âîëîêîííî-îïòè÷åñêèé êàáåëü
ÂÎËÑ
Âîëîêîííî-îïòè÷åñêàÿ ëèíèÿ ñâÿçè
ÈÊÏ
Èíòåðêîííåêòíîå ïîäêëþ÷åíèå
ÊÄÇÑ
Êîìïëåêò äëÿ çàùèòû ñâàðêè
ÊÊÏ
Êðîññ-êîííåêòíîå ïîäêëþ÷åíèå
ËÂÑ
Ëîêàëüíàÿ âû÷èñëèòåëüíàÿ ñåòü
ËÔÄ
Ëàâèííûé ôîòîäèîä
ËÝÏ
Ëèíèÿ ýëåêòðîïåðåäà÷
ÌÑ
Ìåõàíè÷åñêèé ñïëàéñ
ÎÊÓ
Îïòè÷åñêîå êðîññîâîå óñòðîéñòâî
ÎÎÄ
Îêîíå÷íîå îáîðóäîâàíèå äàííûõ
ÎÐÊ
Îïòè÷åñêàÿ ðàñïðåäåëèòåëüíàÿ êîðîáêà
ÎÐÏ
Îïòè÷åñêàÿ ðàñïðåäåëèòåëüíàÿ ïàíåëü
ÎÐÓ
Îïòè÷åñêîå ðàñïðåäåëèòåëüíîå óñòðîéñòâî
ÎÐØ
Îïòè÷åñêèé ðàñïðåäåëèòåëüíûé øêàô
ÎÓ
Îïòè÷åñêèé óñèëèòåëü
ÏÊ
Ïåðñîíàëüíûé êîìïüþòåð
ÏÎÌ
Ïåðåäàþùèé îïòîýëåêòðîííûé ìîäóëü
ÏÏËÓ
Ïîëóïðîâîäíèêîâûé ëàçåðíûé óñèëèòåëü
ÏÐÎÌ
Ïðèåìíûé îïòîýëåêòðîííûé ìîäóëü
ÂÎËÎÊÎÍÍÎ-ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÅÒÈ
267
