Warning: Table './d1394_drupal/cache' is marked as crashed and last (automatic?) repair failed query: SELECT data, created, headers, expire, serialized FROM cache WHERE cid = 'variables' in /data/web/virtuals/1394/virtual/www/includes/database.mysql.inc on line 136

Warning: Table './d1394_drupal/cache' is marked as crashed and last (automatic?) repair failed query: UPDATE cache SET data = 'a:996:{s:13:\"theme_default\";s:5:\"fever\";s:13:\"filter_html_1\";s:1:\"1\";s:18:\"node_options_forum\";a:1:{i:0;s:6:\"status\";}s:18:\"drupal_private_key\";s:64:\"5fe6eae150af4e56112c001190001c50f30fff335724864ea3d95df181c7224f\";s:10:\"menu_masks\";a:30:{i:0;i:127;i:1;i:125;i:2;i:63;i:3;i:62;i:4;i:61;i:5;i:60;i:6;i:59;i:7;i:58;i:8;i:57;i:9;i:56;i:10;i:31;i:11;i:30;i:12;i:29;i:13;i:28;i:14;i:25;i:15;i:24;i:16;i:22;i:17;i:21;i:18;i:15;i:19;i:14;i:20;i:13;i:21;i:12;i:22;i:11;i:23;i:7;i:24;i:6;i:25;i:5;i:26;i:4;i:27;i:3;i:28;i:2;i:29;i:1;}s:12:\"install_task\";s:4:\"done\";s:13:\"menu_expanded\";a:1:{i:0;s:9:\"menu-user\";}s:9:\"site_name\";s:5:\"FLOPS\";s:19:\"file_directory_temp\";s:23:\"sites/default/files/tmp\&quo in /data/web/virtuals/1394/virtual/www/includes/database.mysql.inc on line 136

Warning: Cannot modify header information - headers already sent by (output started at /data/web/virtuals/1394/virtual/www/includes/database.mysql.inc:136) in /data/web/virtuals/1394/virtual/www/includes/bootstrap.inc on line 726

Warning: Cannot modify header information - headers already sent by (output started at /data/web/virtuals/1394/virtual/www/includes/database.mysql.inc:136) in /data/web/virtuals/1394/virtual/www/includes/bootstrap.inc on line 727

Warning: Cannot modify header information - headers already sent by (output started at /data/web/virtuals/1394/virtual/www/includes/database.mysql.inc:136) in /data/web/virtuals/1394/virtual/www/includes/bootstrap.inc on line 728

Warning: Cannot modify header information - headers already sent by (output started at /data/web/virtuals/1394/virtual/www/includes/database.mysql.inc:136) in /data/web/virtuals/1394/virtual/www/includes/bootstrap.inc on line 729
Hodně hustá vlna: Technologie datových přenosů v optických sítích | FLOPS

Hodně hustá vlna: Technologie datových přenosů v optických sítích

Obory článku
sítě

U přenosových systémů je zcela logická snaha o co nejefektivnější využití přenosového prostředí. Jednou z možností lepšího zhodnocení přenosových cest je jejich vícenásobné využití pomocí sdružování, neboli multiplexování – a to jednak z důvodu efektivnějšího přenosu, ale také pro přizpůsobení sdružených signálů přenosovému prostředí.

Metody multiplexování lze rozlišit podle způsobu dělení: dnes již v telekomunikacích málo používané prostorové a obvodové, a aktuálně nejpoužívanější kmitočtové, časové, vlnové a kódové. Podle tohoto dělení pak mluvíme o frekvenčním multiplexu FDM (Frequency Division Multiplexing), časovém multiplexu TDM (Time Division Multiplexing), vlnovém multiplexu WDM (Wavelength Division Multipexing) a kódovém multiplexu CDM (Code Division Multiplexing).

FDM využívá toho, že přenosová cesta zpravidla disponuje širším pásmem kmitočtů než je nutné obsadit přenášeným signálem. Signály z jednotlivých kanálů se pak mohou posouvat na vyšší kmitočty tak, aby se jednotlivé kanály nepřekrývaly. Toho se užívá například při obsazování rádiového prostoru, telefonních přenosech po metalických kabelech, ale také ADSL a VDSL přenosech.

Naproti tomu využití TDM umožňuje díky digitalizaci na společné cestě přiřadit jednotlivým kanálům jen přesně vymezený časový interval a ostatní časové úseky využívat pro další kanály. Rozvoj digitální techniky tudíž umožnil v jednotné struktuře číslicového binárního signálu přenášet digitalizované hovory a současně další data telekomunikačních služeb. Z hlediska samotného způsobu komunikace lze časový multiplex rozdělit na dvě kategorie podle přenosového módu – synchronní STD (Synchronous Time Division), kdy se určitý časový interval příslušný k jedné relaci vyskytuje pravidelně, a asynchronní ATD (Asynchronous Time Division), když nepravidelně. Výhoda asynchronního přenosového módu spočívá v možnosti statistického multiplexování STDM (Statistical TDM), kdy se přenosové prostředky obsazují pouze v případě aktivní komunikace sestaveného spojení, čímž dochází k výrazně lepší efektivitě využití přenosových tras. Jelikož statistické multiplexování umožňuje vytvářet přenosové kanály s proměnnou rychlostí, lze pružněji reagovat na požadavky přenosu (například u kodeků se ztrátovou kompresí, které mohou být přenášeny s proměnnou přenosovou rychlostí podle momentálního charakteru signálu). Nejčastější využití TDM je proto při PCM 1. řádu (E1) a GPRS/EDGE rádiových rozhraních.

Princip z pohledu moderních datových sítí nejzajímavějšího WDM je založen na vysílání optického záření na několika různých vlnových délkách po témže optickém vlákně, kdy každá vlnová délka nese jiný namodulovaný signál. Tento princip je analogií FDM, akorát se nepřenáší jednotlivé kanály, ale celé digitálně multiplexované skupiny kanálů. Při přenosech v optických sítích se rozlišuje, zda se jedná o hrubé vlnové dělení CWDM (Course WDM) s rozestupem optických nosných nad 10 nm, nebo o husté vlnové dělení (Dense WDM) s rozestupem optických nosných pod 1 nm. Konvenční WDM systémy umožňují nejčastěji přenos až 16 kanálů ve dvou (i více) přenosových pásmech; stejná pásma pro přenos obdobně používá DWDM, ale s větším nahuštěním kanálů; a CWDM na rozdíl od WDM a DWDM využívá větší odstup kanálů z důvodu nižších nároků na optické prvky. WDM, DWDM i CWDM jsou založeny na stejné koncepci využití různých vlnových délek světla v jednom optickém kabelu, ale liší se roztečí vlnových délek, počtem kanálů a možností šířit multiplexní signály v optické prostoru. Většina WDM systému pracuje na jednovidových optických vláknech, některé typy WDM systémů však mohou pracovat i na vícevidových optických vláknech (jedná se o tzv. prostorové kabely).

A poslední zmíněné CDM ke sdružování používá kódy, kdy co kanál to jiný kód. Využívá se vhodně vystaveného kódu tak, aby datová posloupnost každého komunikačního kanálu byla na vysílací straně podrobena procesu dalšího kódovaní podle kódovacího předpisu, který je odlišný od kódovacího předpisu pro všechny ostatní kanály. Signály všech kanálů se tedy přenášejí ve stejném frekvenčním pásmu a bez časového rozlišení. Proto na příjmové straně jsou jednotlivé kanály od sebe separovány pouze na základě odlišného kódovacího, respektive dekódovacího předpisu. Kódové dělení nalézá využití nejčastěji u systému s rozprostřeným spektrem, jako jsou například bezdrátové sítě Wi-Fi či WiMax nebo UMTS.

Jen houšť a hrubší kapky

Zpět k vlnovému multiplexu WDM. Přenos u WDM je realizován ve vysílači s multiplexorem, který slouží pro spojení více signálů dohromady – a po přenesení optickou trasou je v přijímači demultiplexorem rozdělen zpět na původní signály. Koncepce tohoto přenosu pochází již z roku 1970 – a o osm let později byl i přenos prakticky realizován v laboratorních podmínkách.

I když princip fungování WDM je relativně jednoduchý, o to složitější jsou optická zařízení, která vysoké přenosové kapacity umožňují – hlavně z hlediska přesnosti a spolehlivosti, jelikož fyziku nelze obelstít a tak se musí úspěšně vypořádat s takovými problémy, jako je šum, útlum signálu, chromatická disperze, polarizační disperze, nelineární efekty, vzájemné rušení sousedních kanálů a dalšími. A čím vyšší je požadavek na přenosové rychlosti, tím logicky roste požadavek na kvalitu pasivních a aktivních prvků. První WDM tak umožňovalo kombinovat pouze dva signály, dnešní moderní systémy umožňují i 160 signálů a tudíž 10 Gbit/s optický systém je možné rozšířit až na teoretickou kapacitu 1,6 Tbit/s přes jeden optický pár.

WDM se však stalo populární i díky tomu, že paradoxně umožňuje rozšiřovat kapacitu sítě bez nutnosti dalšího pokládání nových a kvalitnějších optických vláken, jelikož vhodné použití optických zesilovačů umožňuje souběžný provoz několika generací WDM technologií v optické infrastruktuře bez nutnosti renovace páteřní sítě. Kapacita tak může být navyšována rozšířením multiplexu na rozhraních optického kabelu. Nejčastěji se používají opticko-elektricko-optické O/E/O (Optical-Electrical-Optical) převodníky na okraji transportní sítě, čímž je zachována interoperabilita s existujícími zařízení s optickými rozhraními.

Jak bylo WDM postupem času zdokonalováno, tak v polovině devadesátých let se začal pro odlišení od konvenční WDM používat termín Dense WDM, jelikož na jednom vlákně se dařilo efektivně přenášet čím dál tím více kanálů tak, že byly vysílány s výrazně menšími rozestupy.

Course WDM

Coarse Wavelength Division Multiplexing byl až do standardizace ITU celkem všeobecný pojem – po standardizaci se však dnes za CDWM považuje dva nebo i více signálů multiplexovaných do jednoho optického vlákna, kde jeden signál má pásmo 1550 nm a druhý 1310 nm. ITU dále v roce 2002 standardizovala 20 nm kanálové rozteče pro použití s CWDM při vlnových délkách mezi 1270 nm a 1610 nm (ITU-T G.694.2, revidováno v roce 2003, aby střed přenosového kanálu měl přesně vlnovou délku 1271 – 1611 nm). A jelikož pro širší kanál 20 nm se může využívat teplotně nestabilizovaný laser DFB (Distributed Feedback Laser), jsou systémy CWDM všeobecně levnější než multiplexy s hustým dělením DWDM.

Zároveň však negativním rysem poslední ITU standardizace CWDM je, že signály nejsou vhodně odstupňovány pro zesílení EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier), tj. zesílení před rozdělením tak, aby byla dosažena stejná úroveň signálu ve výstupních vláknech jako u vlákna původního. Proto se CDWM nehodí příliš na dálkové trasy (optimum do 60 km a 2,5 Gbit/s datového toku na signál), ale je naopak vhodnější a efektivnější (levnější) při použití například v metropolitních sítích.

V současnosti se pro CWDM přenosy nejčastěji používají pásma 1470 nm – 1610 nm, přičemž vlnové délky mezi 1350 nm – 1450 nm se nepoužívají z důvodu častého výskytu optických vláken specifikace G.652.B, která mají zvýšený útlum (v pásmech 1270 – 1470 nm). Avšak s nástupem vláken specifikace G.652.C a G.652.D, které eliminují zvýšený útlum (waterpeek v okolí 1383 nm), je možné využívat celé pásmo od 1270 nm do 1610 nm (20 kanálů) – například pro aplikace CWDM pro FTTx (Fiber to the x). Jedním z reálných příkladů realizace je například i Ethernet LX-4 10 Gbit/s na fyzické vrstvě standardu CWDM, který na čtyřech vlnových délkách po 3,125 Gbit/s datového toku blízko 1310 nm je použit pro přenos 10 Gbit/s agregovaných dat. Zajímavou aplikací CWDM je třeba i vytvoření GBIC (Gigabit Interface Converter) a SFP (Small Form Factor Pluggable) vysílačů s využitím standardizované CWDM vlnové délky. GBIC a SFP optické propojení tak umožňuje rychlý a snadný upgrade starších systémů, které podporují SFP rozhraní.

Dense WDM

Technologie Dense Wavelength Division Multiplexing i Coarse Wavelength Division Multiplexing jsou si vzhledem k tomu, že vzešly z konvenční WDM principiálně podobně. DWDM ale díky obnovování signálu umožňuje přenášet datové toky na vzdálenosti tisíců kilometrů, což při klasickém metalickém vedení je nemyslitelné. Podle typu úpravy signálu, které se provádějí v DWDM přenosech, se rozlišují tři základní typy zesílení signálů v signálové cestě kvůli ztrátám a postupnému útlumu signálu: 1R (pouhé zesílení signálu, kdy neprobíhají žádně dodatečné úpravy), 2R (signál se zesílí a zároveň pomocí vhodného tvarovače obnoví) a 3R (dochází k zesílení signálu, úpravě tvaru pomocí tvarovače a ke korekci časových poloh signálu – tato korekce se provádí z důvodu proměnného zpoždění signálu procházejícího vláknem).

Nástup DWDM proto způsobil ve světě optických kabelových přenosů malou revoluci, jelikož pouhou výměnou koncových zařízení mohly být stávající optické trasy kapacitně mnohonásobně navýšeny. Nasazení DWDM mimo dvoubodové spoje však bylo přeci jen trochu složitější, jelikož docházelo k brždění elektrickým zpracováním signálů v uzlových spojeních z důvodu opticko-elektricko-optické konverze pomocí O/E/O převodníků. Ukázalo se, že rychlost konverze mezi optickou a elektrickou podobou má své limity, a stejně tak čistě elektronické zpracování začalo narážet na technologické bariéry – zvyšování počtu barev v zásadě znamenalo zvýšit skokem na příslušný násobek i výkonnost všech aktivních prvků. Řešením se postupným vývojem staly čistě optické aktivní prvky pro budování čistě optických sítí – to znamená, že veškeré zpracování přenášených dat se děje pouze optickou cestou, bez nutnosti jejich konverze z nebo do elektronické podoby.

Další výhodou DWDM je, že umožňuje dle doporučení ITU-T G.694.1 a G.694.2 vytvořit uvnitř vlákna více přenosových kanálů s různými vlnovými délkami (lambdami) než u CWDM, jelikož kanály jsou více nahuštěny – typicky 50 – 200 GHz v DWDM oproti 2500 GHz v CWDM. Komerční DWDM systémy zpravidla používají až 80 kanálů s propustností až 40 Gbit/s na kanál, což umožňuje reálnou přenosovou kapacitu více jak 3 Tbit/s na vlákně.

Za DWDM se proto obecně označují takové systémy, které umožňují multiplexovat signály do jednoho optického pásma (1550 nm), aby bylo možné využít výhod EDFA zesilovačů, které byly navrženy tak, že mají největší účinnost při vlnových délkách o rozsahu 1525 – 1565 nm (tzv. pásmo C, neboli C-band), nebo 1570 – 1610 nm (pásmo L, L-band). EDFA zesilovače byly původně vyvinuty aby nahradily O/E/O převodníky a regenerátory – výsledkem toho je, že moderní EDFA zesilovače v DWDM systémech mohou zesilovat všechny optické signály v jejich pracovním rozsahu bez ohledu na modulovanou přenosovou rychlost. Aby však DWDM systémy správně pracovaly, musí být zajištěna výrazně větší stabilita vlnové délky a frekvence než je zapotřebí u CWDM, jelikož rozestupy vlnových délek jednotlivých kanálů jsou výrazně menší – původně specifikace ITU-T G.694.1 umožňovala snadnější integraci na starší WDM systémy s vlnovou délkou 100 GHz (rozestupy 0,8 nm) a referenčním kmitočtem 193,10 THz (lambda 1552,52 nm), přičemž dnes se ale používají DWDM systémy i s 50 GHz a 25 GHz a až 160 kanály provozu.
Samotné DWDM sítě pracují s protokolem ITU-T G.709, který specifikuje zapouzdření přenášených dat a definuje funkce OAM&P (Operation, Administration, Maintenance and Provisioning) pro provozování, správu, údržbu a zavádění služeb v systémech DWDM, a také umožňuje dopřednou opravu chyb v přenášených datech FEC (Forward Error Correction). Tyto opravné metody totiž výrazně snižují chybovost přenosu a umožňují prodloužit vzdálenosti dosažitelné bez regenerace signálu.

Jednotlivá komunikační zařízení se pak k DWDM systémům připojují typicky přes transpondéry či muxpondéry. Transpondér převezme signál z klientského zařízení a převede jej na vlnovou délku z rozsahu specifikace ITU. Při tom provede regeneraci signálu a tuto vlnovou délku předá multiplexoru. Důležitá je i skutečnost, že prvky DWDM systémů mají tu vlastnost, že mohou také přijímat vlnové délky, které byly vytvořeny mimo ně – tzv. cizí vlnové délky (Alien Wavelengths), čímž mohou přijmout a multiplexovat signál vytvořený jiným systémem, například směrovačem, bez nutnosti instalovat transpondér a provádět převod signálu z optického na elektrický a znovu na optický. Takto pracuje například technologie IP over DWDM (IPoDWDM), kde způsob takovéhoto předávání signálu definuje standard ITU-T G.698.2.

Rozvíjí se ovšem i další charakteristiky optických DWDM sítí směrem k vyšší otevřenosti DWDM, optimalizaci přenosových parametrů, transparentnosti služeb, pružnosti topologií (zdokonaleným ROADM (Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer) pro vícesměrové přenosy), rozšiřitelnosti sítí, laditelnosti fotonické vrstvy, podpoře cizích vlnových délek, užší integraci řídících síťových a přenosových vrstev (např. GMPLS), dokonalejším plánovacím nástrojům a jejich užší vazbě na nástroje pro správu a dohled, ke službám typu „pásmo na vyžádání“ (Bandwith on Demand) a některým dalším vlastnostem. Možná i z těchto důvodů se dnes často objevuje u DWDM systémů místo správného označení DWDM pouze obecnější termín WDM.

Váš hlas: Žádné Průměr: 9.6 (5 votes)