Реферат за темою випускної роботи

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: червень 2021 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Зміст

• Введення
• 1. Актуальність теми
• 2. Принцип роботи систем зі спектральним ущільненням
• 3. Мета і завдання дослідження, планований результат
• 3.1 Аналіз і збільшення пропускної здатності технології WDM в міських мережах
• 3.2 Надання додаткового потоку Е1 клієнту
• Висновки
• Список використаної літератури

Вступ

Останнім часом помітного здешевлення оптичних каналів вдалося досягти за рахунок мультиплексування з поділом по довжині хвилі. Хвильове мультиплексування (Wave Division Multiplexing, WDM) являє собою технологію передачі в оптичних системах, де різні джерела використовують різну довжину хвилі. При цьому два і більше оптичних сигналів об'єднуються і передаються по одному загальному оптичному шляху. Ця технологія дозволяє об'єднання передачі декількох потоків даних по одному фізичному волконно–оптичному кабелю. Таке збільшення ємності кабелю досягається виходячи з фундаментального принципу фізики. Він полягає в тому, що промені світла з різними довжинами хвиль не взаємодіють між собою. Основна ідея систем WDM полягає у використанні декількох довжин хвиль (або частот) для передачі окремого потоку даних на кожній з них.

1. Актуальність теми

Зростання обсягу переданих даних поступово привів до вичерпання пропускної здатності існуючого оптичного волокна, з усією гостротою поставивши питання її збільшення. Традиційні технології телекомунікацій дозволяють по одному оптичному волокну передати тільки один сигнал. Суть же технології спектрального, або оптичного ущільнення полягає в можливості організації безлічі роздільних сигналів по одному волокну, а, отже, багаторазовому збільшенні пропускної здатності лінії зв'язку. Технологія WDM дозволяє істотно збільшити пропускну здатність каналу, причому вона дозволяє використовувати вже прокладені волоконно – оптичні лінії. Завдяки WDM вдається організувати двосторонню багатоканальну передачу трафіку по одному волокну (у звичайних лініях використовується пара волокон – для передачі в прямому і зворотному напрямках).

2. Принцип роботи систем зі спектральним ущільненням

Кожен лазерний передавач генерує сигнал на певній частоті з частотного плану. Оптичне волокно має три вікна прозорості в інфрачервоній області; їх центральні довжини хвиль рівні 850, 1300 і 1550 нм. Для передачі на великі відстані використовуються тільки діапазони 1300 і 1550 нм, що характеризуються мінімальним загасанням сигналів. Тобто по одному волокну можна передавати більше сотні стандартних каналів.

Принципова схема WDM досить проста. Для того щоб організувати в одному волокні кілька оптичних каналів сигнали SDH фарбують, тобто змінюють оптичну довжину хвилі для кожного такого сигналу. Пофарбовані сигнали змішуються за допомогою мультиплексора і передаються в оптичну лінію. В кінцевому пункті відбувається зворотна операція – пофарбовані сигнали SDH виділяються з групового сигналу і передаються споживачеві. На малюнку показано, як багатоканальна передача здійснюється по волокну. Хвильовий мультиплексор об'єднує сигнали з різними несучими з декількох вхідних волокон і передає їх по одному магістральному волокну. Мультиплексування виконується пасивними пристроями, функціонування яких ґрунтується на відомих явищах фізичної оптики - дисперсії, дифракції, інтерференції. Зворотну операцію реалізує хвильовий демультиплексор: він виділяє одноканальні потоки з багатоканального трафіку і направляє їх в окремі волокна. При виконанні даних операцій використовуються досить поширені сьогодні широкосмугові волоконні підсилювачі з добавками ербію, кожен з яких одночасно обслуговує всі канали волокна. У таких підсилювачах випромінювання лазера накачування поглинається атомами домішки (ербію), введеної в волокно, а потім накопичена в них енергія висвічується у вигляді оптичного сигналу. Найчастіше оптичні підсилювачі знаходяться в десятках кілометрів один від одного; деякі WDM – системи дають можливість довести цю відстань до 120 км.

3. Мета і завдання дослідження, планований результат

Метою цієї роботи: є підвищення пропускної здатності оптоволоконних магістралей за рахунок використання технології мультиплексування з поділом по довжині хвилі.

Задачі:

1. Аналіз і збільшення пропускної здатності технології WDM в міських мережах.
2. Надання додаткового потоку Е1 клієнту.

3.1 Аналіз і збільшення пропускної здатності технології WDM в міських мережах

Застосування технології WDM на рівні міських мереж дає провайдерам значну гнучкість, яка дозволяє їм пропонувати послуги для різних секторів ринку. Прозорість оптичної передачі дозволяє здійснювати локальний зв'язок за існуючими протоколами (IP, Ethernet і т.д.) з додаванням захисту на рівні ліній SONET/SDH. Не можна сказати, що системи DWDM міського масштабу обов'язково простіше, ніж їх аналоги на лініях високої протяжності.
Для локальних мереж зв'язку набагато важливіше гнучкість. При їх проектуванні необхідно передбачати якомога більше число можливих конфігурацій з можливо меншою залежністю від застосовуваних протоколів передачі. Установка системи WDM міського масштабу не має на увазі обов'язкової відмови від існуючих мереж SONET/SDH: вони можуть існувати паралельно, причому певні частини систем DWDM можуть передавати трафік SONET/SDH. Більш того, для ефективного використання смуги пропускання систем WDM трафік SONET/SDH, IP або ATM в оригінальному форматі, можна передавати по різних каналах.
Системи WDM міського масштабу дозволяють також передавати трафік таких протоколів, як Gigabit Ethernet, FDDI і ESCON. Хоча передавати неефективно використовують час сигнали типу Gigabit Ethernet в їх оригінальному форматі по каналах WDM високої протяжності не завжди економічно, іноді має сенс це робити для коротких дистанцій, типових для міських мереж зв'язку. Магістральні лінії зв'язку зазвичай мають протяжність більше 50 км, і для них типові оптичні і технічні обмеження систем такої протяжності. При цьому вимоги до їх гнучкості залишаються високими. Наприклад, вони можуть використовуватися провайдерами для надання високоякісних послуг зв'язку. Хоча для ліній такої протяжності часто потрібні лінійні оптичні підсилювачі, вони можуть бути досить економічними при роботі на низьких швидкостях передачі, що знижує вартість таких систем.
Міські системи DWDM часто мають кільцеву топологію (або у вигляді двох кілець з протилежними напрямками передачі, або у вигляді одного двонаправленого кільця), яка сумісна з кільцевою топологією мереж SDH. Схеми моніторингу та захисту забезпечують швидке перемикання каналів на резерв (за час порядку десятків мілісекунд) у разі виходу з ладу будь-якого компонента або волокна.

У кільцевій мережі DWDM канали додаються і виділяються в довільних точках кільця, тому балансування каналів може бути утруднена, хоча через відсутність підсилювачів EDFA вона стає набагато менш суттєвою. Кільцева топологія мережі сама по собі також може призводити до певних проблем. Наприклад, для доставки послуг кабельного телебачення в квартири найкраще підходять мережі топології типу дерево. На щастя, для кільцевих мереж DWDM розроблені способи організації різних мережевих топологій (дерево, точка-точка, широкомовлення та ін.) за рахунок відповідного використання великого числа доступних каналів в кільці.

Міська мережа WDM (мал.3 б) більш економічна, ніж традиційні лінії зв'язку SONET/SDH (рис.3 а). Складність обладнання додавання / виділення каналів в мережах DWDM залежить тільки від характеристик цього каналу, йому не доводиться працювати з усією інформаційною смугою лінії зв'язку. Крім того, перехід лінії зв'язку на технологію WDM і додавання нових послуг не порушує передачу існуючого трафіку, що особливо важливо при постійних змінах послуг, що надаються.

Передача сигналів в мережах WDM не обмежена певними часовими кадрами або протоколами, вибір яких до цього часто визначався можливостями використовуваних в мережі систем передачі, а не зручністю для користувачів. По мережі WDM можуть одночасно передаватися дані в самих різних форматах, в тому числі аналогові за своєю суттю потоки голосу і відео, в широкому діапазоні швидкостей. Зручні для користувача протоколи – наприклад, Ethernet – можуть пропускатися прозоро, без будь-якої трансформації сигналу, і в самій мережі не потрібно враховувати вимоги конкретного транспортного протоколу.

Крім всіх цих переваг, міські мережі WDM в багатьох випадках дуже просто з'єднуються з магістральними мережами зі збереженням швидкостей і протоколів передачі. Компоненти і системи для міських мереж WDM останнім часом стають доступні: Ціна двухволоконной між офісної лінії зв'язку становить від 30 до 50 тис. доларів США за канал, вартість міських мереж доступу ще нижче.

Поряд з пропозицією нових послуг, перехід до систем WDM повинен забезпечувати клієнту всі ті механізми резервування, які передбачені в мережах SONET/SDH. Для цього потрібне ретельне всебічне планування мережі, основними факторами при якому є ціна, функціональність і можливість розширення мережі в майбутньому.

3.2 Надання додаткового потоку Е1 клієнту

Розглянемо мережу, що об'єднує три клієнтських вузла з центральним вузлом. Всім клієнтам надається потік SDH рівня STM–1. Для цього використовується кільце SDH рівня STM–1, створюване шляхом послідовного об'єднання центрального і абонентських вузлів парами волокон (рис. 4). Припустимо також, що мережа STM–1 повністю завантажена, а замовник, обслуговуваний вузлом B, запросив додатково 10 потоків E1. Припустимо, що додаткові волокна є скрізь, крім ділянки між центральним вузлом і вузлом C (мал. 4)

•Оператор зв'язку може вирішити завдання надання клієнтському вузлу В запитаних ресурсів, використовуючи WDM.

Потрібне створення другого кільця SDH, що використовує на ділянках від центрального вузла до вузла а і між вузлами а-в і в-c наявні вільні волокна, а на ділянці від центрального вузла до абонентського вузла с обладнання спектрального ущільнення WDM і два канали на різних довжинах хвиль. Реалізувати систему WDM на ділянці від центрального вузла до вузла С можна декількома способами. Для прикладу розглянемо два варіанти. Варіант а. перше кільце SDH рівня STM–1 спочатку працювало на довжині хвилі 1310 нм, і тому доцільно по можливості залишити його без змін. Додаткове кільце STM–1 на ділянці від центрального вузла до абонентського вузла С буде працювати на довжині хвилі 1550 нм, а на інших ділянках – на довжині хвилі 1310 нм з використанням вільної пари волокон. Отже, в вузлі С необхідно встановити перетворювачі довжини хвилі. Крім того, в центральному вузлі і абонентському вузлі С необхідно встановити мультиплексори, що об'єднують дві довжини хвилі. (мал. 5).

Ціни на WDM–обладнання взяті у вітчизняного виробника. У комплект WDM входять кілька транспондерів і комплекти мультиплексорів / демультиплексорів.

4. Висновки

В ході магістерської дисертації був запропонований оптимальний варіант ущільнення трафіку в WDM мережах, в розглянутій мережі міського типу. Останнє випливає з проведеного аналізу типової ситуації нестачі пропускної здатності оптоволоконних магістралей виникають у міських операторів телефонного зв'язку.На підставі цього аналізу зроблено висновок, що при невизначеному зростанні трафіку використання WDМ-технології дозволяє провайдеру гнучко реагувати на зростання потреб замовника, без ризику вкласти активи в волокна, які довгий час можуть залишатися не робочими. Крім того, згідно з проведеним аналізом WDM–технологія найбільш ефективна там, де потрібна терміновість і необхідно уникнути довгострокового будівництва нової ВОЛЗ.

Список використаної літератури

1. Оптические линии связи // Новосибирск: Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики.– 2003.– (Рус).
2. Скляров О. К. Современные волоконно–оптические системы передачи, аппаратура и элементы. – М Солон – Р, 2001.– 240c.
3. Основы оптоэлектроники / Суэмацу Я., Катаока С., Кисино К. и др. Пер. с яп. – М.: Мир, 1998. – 288 с., ил.
4. Заславский К. Е. Волоконная оптика в системах связи и коммутации. Новосибирск, 1999. – 124 с.
5. Иванов А. Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения. – М.: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 1999. – 672с.
6. Семенов А. С. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации / А. С. Семенов, В. Л. Смирнов, А. В. Шмалько – М.: Радио и связь, 1990. – 224 с.
7. Убайдуллаев Р. Р. Волоконно–оптические сети. – М.: Эко–Трендз, 1998. – 270 с.
8. Андре Жирар. Руководство по технологии и тестированию систем WDM. Пер. англ. под ред. А. М. Бродниковского , Р. Р. Убайдуллаева , А. В. Шмалько. М. : EXFO , 2001 .
9. Гладышевский М.А. Волоконно–оптическая связь: Экономические перспективы использования WDM-технологии // Lightwave Russian Edition. 2004 , № 2 , С. 14 – 19 .