NGN - Guida rapida
L'avvento delle comunicazioni voce e dati ad alta velocità ha determinato la necessità di un mezzo veloce per il trasporto delle informazioni. Circuiti o collegamenti digitali si sono evoluti dalla necessità di trasmettere voce o dati in forma digitale.
La conversione dalla forma analogica a quella digitale segue un processo in quattro fasi ( vedere la figura seguente ) e sarà dettagliata nelle sezioni seguenti.
Campionamento
Le frequenze vocali assumono la forma di un segnale analogico, cioè un'onda sinusoidale ( vedere la figura seguente ). Questo segnale deve essere convertito in una forma binaria per essere trasportato su un supporto digitale. La prima fase di questa conversione consiste nel convertire il segnale audio in un filePulse Amplitude Modulation(PAM)segnale. Questo processo è genericamente noto comesampling.
Il processo di campionamento deve raccogliere informazioni sufficienti dalle frequenze vocali in ingresso per consentire una copia del segnale originale. Le frequenze delle voci sono normalmente nella gamma di300Hz to 3400Hz, generalmente noto come commercial speech band.
Per ottenere un campione, viene applicata una frequenza di campionamento alla frequenza della voce originale. La frequenza di campionamento è determinata dalNyquist Sampling Theorem, che lo impone “the frequency of sampling should be at least twice the highest frequency component.”
Ciò garantisce che un campione venga prelevato almeno una volta in ogni mezzo ciclo, eliminando così la possibilità di campionamento a punti zero del ciclo, che non avrebbe ampiezza. Ciò si traduce in una frequenza di campionamento minima di 6,8 KHz.
Lo standard europeo campiona un segnale in ingresso a 8 KHZ, garantendo un campione, viene prelevato ogni 125micro secondso 1/8000 di secondo ( vedere la figura seguente ).
Quantizzazione
All'ampiezza di ogni campione sarebbe idealmente assegnato un codice binario (1 o 0), ma poiché può esserci un numero infinito di ampiezze; pertanto, deve essere disponibile un numero infinito di codici binari. Ciò non sarebbe pratico, quindi è necessario utilizzare un altro processo, noto comequantizing.
La quantizzazione confronta il segnale PAM con una scala di quantizzazione, che ha un numero finito di livelli discreti. La scala di quantizzazione si divide in 256 livelli di quantizzazione, di cui 128 sono livelli positivi e 128 sono livelli negativi.
La fase di quantizzazione prevede l'allocazione di un codice binario a 8 bit univoco appropriato all'intervallo di quantizzazione in cui cade l'ampiezza del segnale PAM ( vedere la figura seguente ).
Questo comprende 1 bit di polarità con i restanti 7 bit utilizzati per identificare il livello di quantizzazione ( come mostrato nella figura sopra ).
Il primo bit come visto prima è il bit di polarità, i successivi tre bit per il codice di segmento, che danno otto codici di segmento, e gli altri quattro bit per il livello di quantizzazione, che danno sedici livelli di quantizzazione.
Companding
Il processo di quantizzazione stesso porta a un fenomeno noto come quantization distortion. Ciò si verifica quando l'ampiezza del segnale campionato cade tra i livelli di quantizzazione. Il segnale viene sempre arrotondato al livello intero più vicino. Questa differenza tra il livello campionato e il livello di quantizzazione è distorsione di quantizzazione.
La velocità di variazione dell'ampiezza di un segnale varia in diverse parti del ciclo. Ciò accade soprattutto alle alte frequenze poiché l'ampiezza del segnale cambia più velocemente rispetto alle basse frequenze. Per ovviare a questo problema, il codice del primo segmento ha i livelli di quantizzazione vicini. Il codice del segmento successivo è quindi il doppio dell'altezza del precedente e così via. Questo processo è noto comecompanding, poiché comprime segnali più grandi ed espande segnali più piccoli.
In Europa usano il A-law di companding, rispetto al Nord America e al Giappone che utilizzano l'estensione μ law.
Poiché la distorsione di quantizzazione è equivalente al rumore, il companding migliora il rapporto segnale / rumore su segnali a bassa ampiezza e produce un rapporto segnale / rumore accettabile su tutta la gamma di ampiezze.
Codifica
Affinché l'informazione binaria possa essere trasmessa su un percorso digitale, l'informazione deve essere modificata in un codice di linea adatto. La tecnica di codifica impiegata in Europa è nota comeHigh Density Bipolar 3 (HDB3).
HDB3 è derivato da un codice di linea chiamato AMI o Alternate Mark Inversion. All'interno della codifica AMI, sono utilizzati 3 valori: nessun segnale per rappresentare uno 0 binario e un segnale positivo o negativo che viene utilizzato alternativamente per rappresentare un 1 binario.
Un problema associato alla codifica AMI si verifica quando viene trasmessa una lunga stringa di zeri. Ciò può causare problemi di loop ad aggancio di fase sul ricevitore dell'estremità distante.
HDB3funziona in modo simile all'AMI, ma incorpora un passaggio di codifica aggiuntivo che sostituisce qualsiasi stringa di quattro zeri con tre zeri seguiti da un "bit di violazione". Questa violazione è della stessa polarità della transizione precedente ( vedere la figura seguente ).
Come si può vedere nell'esempio, 000V sostituisce la prima stringa di quattro zeri. Tuttavia, l'utilizzo di questo tipo di codifica potrebbe portare all'introduzione di un livello DC medio nel segnale, poiché potrebbe essere presente una lunga stringa di zeri, tutti codificati allo stesso modo. Per evitare ciò, la codifica di ogni successivo quattro zeri viene modificata in B00V, utilizzando un bit di "violazione bipolare" che si alterna nella polarità.
Da ciò, si può presumere che con la codifica HDB3, il numero massimo di zeri senza una transizione sia tre. Questa tecnica di codifica è spesso indicata comemodulation format.
Multiplexing
Finora ci siamo concentrati solo su un canale vocale. Ora, dobbiamo combinare un certo numero di questi canali in un unico percorso di trasmissione, un processo noto comemultiplexing. Il multiplexing è un processo utilizzato per combinare più canali, in modo che possano essere trasmessi su un unico percorso di trasmissione. Il processo comunemente in uso nella telefonia è noto comeTime Division Multiplexing (TDM).
Come abbiamo visto prima, il campionamento per un canale avviene ogni 125 micro seconds. Ciò rende possibile campionare altri canali durante questo periodo. In Europa, il periodo di tempo è suddiviso in32 periodi di tempo, noti come timeslots. Queste 32 fasce orarie possono quindi essere raggruppate per formare un fileframe( vedi la figura seguente ).
Di conseguenza, la durata temporale di un frame può essere considerata pari a 125micro secondi. Ora si può anche presumere che, poiché ogni finestra temporale è composta da 8 bit di dati e viene ripetuta 8000 volte, è possibile ottenere una velocità di canale di 64000 bit al secondo o 64 Kbit. Con queste informazioni è ora possibile determinare il numero totale di bit di dati trasmessi sul singolo percorso, noto comesystem bit rate. Questo viene calcolato utilizzando la seguente formula:
Velocità in bit di sistema = Frequenza di campionamento x Numero di slot temporali x Bit per slot temporale = 8000 x 32 x 8, = 2048000 bit / sec, = 2,048 Mbit
Dei 32 canali disponibili, 30 sono usati per la trasmissione del parlato e i restanti 2 time slot sono usati per l'allineamento e la segnalazione. La sezione seguente spiegherà la funzione di tutte le fasce orarie.
Fascia oraria da 1 a 15 e da 17 a 31
Questi 30 timeslot sono disponibili per la trasmissione del segnale analogico digitalizzato in formato 8 bit, con una larghezza di banda di 64 kbit / s (es. Dati del cliente).
Fascia oraria 0
Il sistema europeo raccomandato definisce che il Timeslot 0 di ogni frame viene utilizzato per la sincronizzazione, noto anche come frame alignment( vedi la figura seguente ). Ciò garantisce che le finestre temporali in ciascun frame siano allineate tra la stazione di trasmissione e la stazione di ricezione.
Il frame alignment word (FAW) viene trasportato nei bit di dati da 2 a 8 di ogni frame pari, mentre i frame dispari portano a not frame alignment word(NFAW) nel bit di dati 2 ( vedere la figura seguente ).
Un controllo degli errori è disponibile anche nella fascia oraria 0, utilizzando un file cyclic redundancy check (CRC) per verificare l'allineamento del frame, che viene trasportato nel bit di dati 1 di tutti i frame. C'è anche la facilità di segnalazioneFar End Alarms, che è indicato da un 1 binario inserito nel bit di dati 3 di tutti i frame dispari. I bit di dati rimanenti da 4 a 8 dei frame dispari possono essere utilizzati per gli allarmi nazionali e la gestione della rete.
Fascia oraria 16
La finestra temporale 16 ha 8 bit di dati disponibili e, utilizzando un codice variabile di 4 bit di dati, la segnalazione può essere eseguita per 2 canali vocali in ogni frame.
Quindi si può vedere che sono necessari 15 frame per completare la segnalazione di tutti i canali vocali ( vedi figura seguente ).
Poiché ora ci sono più frame trasportati in un ordine logico, deve esserci un dispositivo per allinearli. Ciò si ottiene utilizzando il frame prima dei frame contenenti le informazioni di segnalazione, noto come Frame 0.
Timeslot 16 in Frame 0 contiene un file multi-frame alignment word(MFAW), utilizzando i bit di dati da 1 a 4, e vengono utilizzati per indicare l'inizio di un multi-frame, che vengono controllati nella stazione ricevente ( vedere la figura seguente ).
Il bit di dati 6 può essere utilizzato per indicare distant multi-frame alignment loss(DLMFA). Come si può vedere, un multi-frame è costituito da tutti i frame necessari per completare tutte le operazioni di parlato e di segnalazione, cioè 16 frame, ed è noto come unmulti-frame( vedi la figura seguente ).
La durata di un multi-frame può essere calcolata utilizzando quanto segue:
Durata del multiframe = Numero di fotogrammi x durata del fotogramma
= 16 x 125 micro secondi
= 2000micro secondi
= 2 milli secondi
I canali rimanenti sono tutti utilizzabili per la trasmissione vocale o di dati e sono noti come intervalli di tempo da 1 a 15 e da 17 a 31 e corrispondono ai canali numerati da 1 a 30.
FAW = Frame Alignment Word
MFAW = Multiframe Alignment Word
DATA = parole di dati a 8 bit
SIG = finestra temporale di segnalazione CAS
La gerarchia digitale plesiocrona (PDH) è stata sviluppata in più fasi dal sistema PCM di base a 30 canali (PCM-30).
Come si può vedere nella figura seguente, sono disponibili tre diversi sistemi gerarchici, ciascuno dei quali supporta velocità di linea e velocità di multiplexing differenti. I tassi aggregati più elevati possono quindi essere ottenuti raggruppando insieme i tassi più bassi mediante l'uso di multiplexer.
I collegamenti a bit rate più elevato richiedono anche bit aggiuntivi per il framing e il controllo. Ad esempio, un segnale da 8,4 Mbit comprende 4 × 2,048 Mbit = 8,192 Mbit, con i restanti 256 Kbit utilizzati per il framing e il controllo.
I sistemi gerarchici europei e nordamericani sono spesso indicati per lettera ‘E’ per europei e ‘T’per il Nord America, con i livelli della gerarchia numerati consecutivamente. Questi livelli gerarchici possono essere confrontati nella figura seguente:
| Livello gerarchico | Velocità in bit (Mbits) | Canali vocali | |
|---|---|---|---|
| Nord America | T1 | 1.544 | 24 |
| T2 | 6.312 | 96 | |
| T3 | 44.736 | 672 | |
| T4 | 274.176 | 4032 | |
| europeo | E1 | 2.048 | 30 |
| E2 | 8.448 | 120 | |
| E3 | 34.368 | 480 | |
| E4 | 139.264 | 1920 | |
| Non definito | 565.148 | 7680 |
Queste velocità in bit sono spesso abbreviate rispettivamente a 1,5 mega, 3 mega, 6 mega, 44 mega, 274 mega e 2 mega, 8 mega, 34 mega, 140 mega e 565 mega.
Poiché l'eredità di PDH è così importante nel settore delle telecomunicazioni, è diventato necessario adattare queste velocità di linea in qualsiasi nuova tecnologia da introdurre, pertanto molte delle velocità di linea PDH sono supportate dalla Gerarchia digitale sincrona (SDH). L'unica eccezione a ciò è l'omissione del livello 8.4 Mbit, che non ha più alcun significato pratico e non è supportato da SDH.
Nel sistema di base a 2 Mbit, i dati sono interlacciati a byte, per cui ogni finestra temporale a 8 bit viene inviata una dopo l'altra. Nel caso dei livelli gerarchici più elevati, i flussi di dati vengono multiplexati insieme bit per bit. Uno svantaggio di questo sistema è che il bit rate di ciascun segnale tributario può variare dal valore nominale a causa del fatto che ciascun multiplexer ha le proprie alimentazioni di clock indipendenti. Queste deviazioni di clock dipendono dalla velocità di linea e possono essere compensate utilizzando tecniche di giustificazione entro la larghezza di banda rimanente dopo la fase di multiplexing. La velocità di linea determina anche il codice di linea utilizzato per la trasmissione, come si può vedere di seguito:
| Velocità in bit (Mbits) | Numero di canali a 64 Kbit | Deviazione dell'orologio consentita (ppm) | Codice interfaccia | Codice mezzo / linea preferito | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Equilibrato | Coassiale | Fibra ottica | ||||
| 2.048 | 30 | ± 50 | AMI | HDB3 | ||
| 8.448 | 120 | ± 30 | HDB3 | HDB3 | HDB3 | |
| 34.368 | 480 | ± 20 | HDB3 | HDB3 | 4B3T 2B1Q |
5B6B |
| 139.264 | 1920 | ± 15 | CMI | 4B3T | 5B6B | |
Proprietà del PDH
Plesiochronous - "Almost Synchronous"
Multiplexing di segnali a 2 Mbit / s in segnali multiplex di ordine superiore.
La posa del cavo tra i siti di commutazione è molto costosa.
Aumentare la capacità di traffico di un cavo aumentando la velocità in bit.
4 segnali di ordine inferiore multiplexati in un unico segnale di ordine superiore ad ogni livello.
La tecnologia PDH consente il multiplexing successivo di un segnale da 2 M - 8 M, da 8 M - 34 M, da 34 M - 140 M e infine da 140 M - 565 M.
Esistevano anche mux "jump" o "skip" che permettevano il multiplexing di 16 segnali 2 M in un segnale 34 M senza il livello intermedio 8 M.
Limitazioni PDH
Synchronisation- I dati vengono trasmessi a intervalli regolari. Con la temporizzazione derivata dall'oscillatore del trasmettitore, i dati vengono campionati alla stessa velocità con cui vengono trasmessi.
I dati vengono trasmessi a intervalli regolari. Con la temporizzazione derivata dall'oscillatore del trasmettitore, i dati vengono campionati a una velocità inferiore rispetto al trasmettitore. Uno degli svantaggi del PDH era che ogni elemento era sincronizzato in modo indipendente. Affinché i dati vengano ricevuti correttamente, la velocità di campionamento all'estremità del ricevitore deve essere la stessa della velocità di trasmissione all'estremità del trasmettitore.
I dati vengono trasmessi a intervalli regolari. Con la temporizzazione derivata dall'oscillatore del trasmettitore, i dati vengono campionati a una velocità maggiore rispetto al trasmettitore. Se l'oscillatore all'estremità del ricevitore funzionasse più lentamente di quello all'estremità del trasmettitore, il ricevitore perderebbe alcuni dei bit del segnale trasmesso.
Oppure, se l'orologio del ricevitore fosse più veloce di quello del trasmettitore, il ricevitore campionerebbe due volte alcuni bit.
I bit di giustificazione vengono aggiunti ai segnali di ordine inferiore in modo che possano essere multiplexati a una velocità singola. L'oscillatore dell'apparecchiatura viene utilizzato come sorgente di temporizzazione per il processo di adattamento del bit rate nell'ordine inferiore e anche nel processo multiplex. I bit di giustificazione vengono scartati all'estremità ricevuta quando i segnali vengono de-multiplexati.
A causa dei metodi di sincronizzazione utilizzati, era impossibile de-multiplexare da un segnale di ordine elevato al segnale tributario di ordine più basso in un unico apparecchio. È stato necessario de-multiplexare a tutti i livelli per accedere al segnale che era stato rilasciato in un sito e poi ripetere il multiplexing di tutti gli altri canali fino alla velocità più alta. Ciò significava che sul sito dovevano essere presenti molte attrezzature per ottenere questo risultato. Questo è noto comePDH Mux Mountain. Tutte queste apparecchiature occupavano molto spazio nel sito e aumentavano anche la necessità di tenere i pezzi di ricambio nei cantieri.
La mancanza di resilienza nelle reti PDH significava che se si verificava un'interruzione della fibra, il traffico sarebbe andato perso. La gestione della rete PDH riporta semplicemente gli allarmi agli operatori NOC. Non sono disponibili strumenti diagnostici o correttivi per il personale NOC. Un tecnico della manutenzione deve essere inviato sul sito con una quantità minima di informazioni. Ogni elemento di rete richiede una connessione alla rete DCN poiché non esistono strutture per trasferire le informazioni di gestione attraverso la rete PDH.
La mancanza di standard per l'interconnessione significava che non era possibile interconnettere apparecchiature di più fornitori. L'apparecchiatura potrebbe funzionare su lunghezze d'onda diverse, utilizzare velocità di trasmissione diverse o interfacce ottiche proprietarie.
Le reti SDH sostituirono PDH e presentarono diversi vantaggi chiave.
Le raccomandazioni ITU G.707, G.708 e G.709 forniscono la base per il networking globale.
Le reti beneficiano della resilienza del traffico per ridurre al minimo la perdita di traffico in caso di rottura della fibra o guasto dell'apparecchiatura.
La tecnologia di monitoraggio incorporata consente la configurazione remota e la risoluzione dei problemi della rete.
La tecnologia flessibile consente l'accesso tributario a qualsiasi livello.
La tecnologia a prova di futuro consente velocità in bit più elevate man mano che la tecnologia avanza.
Mentre le reti PDH europee non possono interfacciarsi con le reti statunitensi, le reti SDH possono supportare entrambi i tipi. Questa diapositiva mostra come confrontare le diverse reti PDH e quali segnali possono essere trasportati attraverso la rete SDH.
SDH - Topologie di rete
Sistema di linea
Un sistema solitario è il sistema per la topologia di rete PDH. Il traffico viene aggiunto e rilasciato solo ai punti finali della rete. I nodi terminali vengono utilizzati alla fine della rete per aggiungere e eliminare il traffico.
All'interno di qualsiasi rete SDH, è possibile utilizzare un nodo noto come rigeneratore. Questo nodo riceve il segnale SDH di ordine elevato e lo ritrasmette. Nessun accesso al traffico di ordine inferiore è possibile da un rigeneratore e vengono utilizzati solo per coprire lunghe distanze tra i siti in cui la distanza significa che la potenza ricevuta sarebbe troppo bassa per trasportare il traffico.
Sistema ad anello
Un sistema ad anello è costituito da diversi mux add / drop (ADM) collegati in una configurazione ad anello. È possibile accedere al traffico da qualsiasi ADM attorno all'anello ed è anche possibile che il traffico venga interrotto su diversi nodi per scopi di trasmissione.
La rete ad anello ha anche il vantaggio di offrire resilienza al traffico, se c'è un'interruzione in fibra di traffico non ho perso. La resilienza della rete viene discussa in dettaglio più avanti.
Sincronizzazione di rete SDH
Sebbene le reti PDH non fossero sincronizzate centralmente, le reti SDH lo sono (da cui il nome gerarchia digitale sincrona). Da qualche parte sulla rete degli operatori sarà una fonte di riferimento primaria. Questa sorgente è distribuita nella rete tramite la rete SDH o una rete di sincronizzazione separata.
Ogni nodo può passare alle origini di backup se l'origine principale non è disponibile. Sono definiti vari livelli di qualità e il nodo passerà alla successiva migliore fonte di qualità che riesce a trovare. Nei casi in cui il nodo utilizza la temporizzazione della linea in entrata, il byte S1 nell'overhead MS viene utilizzato per denotare la qualità della sorgente.
La sorgente di qualità più bassa disponibile per un nodo è generalmente il suo oscillatore interno, nel caso in cui un nodo passi alla propria sorgente di clock interna, questo dovrebbe essere risolto il prima possibile poiché il nodo potrebbe iniziare a generare errori nel tempo.
È importante che la strategia di sincronizzazione per una rete sia pianificata attentamente, se tutti i nodi di una rete tentano di sincronizzarsi dal suo vicino sullo stesso lato, si otterrà un effetto chiamato loop di temporizzazione, come mostrato sopra. Questa rete inizierà rapidamente a generare errori mentre ogni nodo cerca di sincronizzarsi a vicenda.
Gerarchia SDH
Il diagramma seguente mostra come è costruito il carico utile e non è così spaventoso come sembra all'inizio. Il prossimo paio di diapositive spiegherà come viene costruito il segnale SDH dai carichi utili di livello inferiore.
Telaio STM-1
Il frame è costituito da righe di 9 overhead e 261 byte di payload.
Il frame viene trasmesso riga per riga come illustrato di seguito. Vengono trasmessi i 9 byte di overhead di fila, seguiti dai 261 byte di carico utile, la riga successiva viene quindi trasmessa in modo simile fino a quando non è stato trasmesso l'intero frame. L'intero frame viene trasmesso in 125 micro secondi.
Spese generali STM-1
Le prime 3 righe dell'overhead sono chiamate overhead della sezione ripetitore. La quarta riga forma i puntatori AU e le ultime 5 righe contengono le spese generali della sezione multiplex.
Per spiegare i diversi tipi di spese generali si consideri un sistema in cui il carico utile viene fatto passare attraverso diversi rigeneratori intermedi prima di raggiungere l'ADM da cui viene aggiunto / sganciato.
Le spese generali della sezione ripetitore vengono utilizzate per le comunicazioni e il monitoraggio tra due nodi vicini.
I costi generali della sezione multiplex vengono utilizzati per le comunicazioni e il monitoraggio tra due nodi che dispongono di funzionalità di aggiunta / rilascio come ADM.
A un livello inferiore, ci sono anche spese generali di percorso che vengono aggiunte a livello tributario, queste saranno discusse in maggiore dettaglio in seguito.
Il monitoraggio di diversi allarmi generali rende più facile individuare i problemi sulla rete. Un allarme RS indica un problema sul lato HO SDH tra due nodi, mentre se si studia un allarme MS è possibile escludere problemi ai nodi del rigeneratore.
Traccia del percorso SDH
La traccia del percorso può essere molto utile per individuare i problemi di interconnessione tra i nodi. Possono esserci varie interconnessioni fisiche come giunzioni e patch all'interno di cornici ottiche tra due nodi. Ogni nodo è configurato dall'operatore di rete per inviare una stringa univoca che lo identifica.
Ogni nodo è anche configurato con la stringa che dovrebbe ricevere dal suo nodo adiacente.
Se la traccia del percorso che viene ricevuta dal nodo corrisponde a quella che si aspettano, allora tutto è OK.
Se la traccia del percorso ricevuta non corrisponde alla traccia attesa dal nodo, ciò indica un problema con la connessione tra i nodi.
Gestione SDH
I canali DCC contenuti all'interno della sezione overhead consentono una facile gestione della rete SDH. Un sistema di gestione della rete connesso a un nodo sulla rete può comunicare con altri nodi sulla rete utilizzando i canali DCC. Il nodo connesso alla rete DCN è noto come nodo gateway, per motivi di resilienza di solito c'è più di un nodo gateway sulla rete.
Resilienza della rete SDH
In una configurazione ad anello, il traffico viene inviato su entrambi i percorsi attorno all'anello dall'ADM di origine (Add / Drop Multiplexer). In qualsiasi ADM in cui il segnale non viene interrotto, passa semplicemente attraverso. Sebbene il traffico passi intorno all'anello su entrambi i percorsi, ma solo un percorso viene utilizzato per estrarre il traffico dall'ADM ricevente, questo percorso è ilactive routeo percorso. L'altro percorso è noto comestandby route o percorso.
Se è presente un'interruzione della fibra sul percorso attivo, l'ADM ricevente commuterà utilizzando il segnale alternativo come percorso attivo. Ciò consente un ripristino rapido e automatico del flusso di traffico verso i clienti. Quando la rottura della fibra viene riparata, l'anello non torna automaticamente indietro poiché ciò provocherebbe un ulteriore "colpo" di traffico, ma lo utilizzerà come percorso di standby in caso di guasto futuro sul nuovo percorso attivo. Il MUX che perde traffico utilizzerà i byte K per segnalare l'interruttore di protezione al MUX di origine.
Gli interruttori manuali dell'anello possono anche essere eseguiti dal centro di gestione della rete o da terminali locali gestiti da ingegneri.
WDM è una tecnologia che consente la trasmissione di diversi segnali ottici da una singola fibra. Il suo principio è essenzialmente lo stesso del multiplexing a divisione di frequenza (FDM). Cioè, diversi segnali vengono trasmessi utilizzando portanti differenti, occupando parti non sovrapposte di uno spettro di frequenze. In caso di WDM, la banda dello spettro utilizzata è nella regione di 1300 o 1550 nm, che sono due finestre di lunghezza d'onda in cui le fibre ottiche hanno una perdita di segnale molto bassa.
Inizialmente, ciascuna finestra veniva utilizzata per trasmettere un singolo segnale digitale. Con l'avanzare dei componenti ottici come i laser a feedback distribuito (DFB), gli amplificatori in fibra drogata con erbio (EDFA) e i fotorilevatori, ci si rese presto conto che ciascuna finestra di trasmissione poteva in effetti essere utilizzata da diversi segnali ottici, ciascuno dei quali occupava un piccola trazione della finestra di lunghezza d'onda totale disponibile.
Infatti, il numero di segnali ottici multiplexati all'interno di una finestra è limitato solo dalla precisione di questi componenti. Con la tecnologia attuale, oltre 100 canali ottici possono essere multiplexati in una singola fibra. La tecnologia è stata quindi denominatadense WDM (DWDM).
Il vantaggio principale di DWDM è il suo potenziale per aumentare in modo conveniente la larghezza di banda della fibra ottica molte volte. La grande rete di fibre esistente in tutto il mondo può improvvisamente moltiplicare la propria capacità molteplice, senza la necessità di allungare nuove fibre, un processo costoso. Ovviamente a queste fibre devono essere collegate nuove apparecchiature DWDM. Inoltre, potrebbero essere necessari rigeneratori ottici.
Il numero e la frequenza delle lunghezze d'onda da utilizzare vengono standardizzati dall'ITU (T). Il set di lunghezze d'onda utilizzato è importante non solo per l'interoperabilità, ma anche per evitare interferenze distruttive tra i segnali ottici.
La tabella seguente fornisce le frequenze centrali nominali basate sui 50 GHz, spaziatura minima tra i canali ancorata al riferimento 193.10 THz. Si noti che il valore di C (velocità della luce) è assunto pari a 2.99792458 x 108 m / sec. per la conversione tra frequenza e lunghezza d'onda.
The ITU-T Grid (all'interno della banda C), ITU (T) Rec. G.692
| Frequenze centrali nominali (THz) per spaziatura di 50 GHz | Frequenze centrali nominali (THz) per spaziatura di 100 GHz | Lunghezze d'onda centrali nominali (Nm) |
|---|---|---|
| 196.10 | 196.10 | 1528.77 |
| 196.05 | 1529.16 | |
| 196.00 | 196.00 | 1529.55 |
| 195.95 | 1529.94 | |
| 195.90 | 195.90 | 1530.33 |
| 195.85 | 1530.72 | |
| 195.80 | 195.80 | 1531.12 |
| 195.75 | 1531.51 | |
| 195.70 | 195.70 | 1531.90 |
| 195.65 | 1532.29 | |
| 195.60 | 195.60 | 1532.68 |
| 195.55 | 1533.07 | |
| 195.50 | 195.50 | 1533.47 |
| 195.45 | 1533.86 | |
| 195.40 | 195.40 | 1534.25 |
| 195.35 | 1534.64 | |
| 195.30 | 195.30 | 1535.04 |
| 195.25 | 1535.43 | |
| 195.20 | 195.20 | 1535.82 |
| 195.15 | 1536.22 | |
| 195.10 | 195.10 | 1536.61 |
| 195.05 | 1537.00 | |
| 195.00 | 195.00 | 1537.40 |
| 194.95 | 1537.79 | |
| 194.90 | 194.90 | 1538.19 |
| 194.85 | 1538.58 | |
| 194.80 | 194.80 | 1538.98 |
| 194.75 | 1539.37 | |
| 194.70 | 194.70 | 1539.77 |
| 194.65 | 1540.16 | |
| 194.60 | 194.60 | 1540.56 |
| 194.55 | 1540.95 | |
| 194.50 | 194.50 | 1541.35 |
| 194.45 | 1541.75 | |
| 194.40 | 194.40 | 1542.14 |
| 194.35 | 1542.54 | |
| 194.30 | 194.30 | 1542.94 |
| 194.25 | 1543.33 | |
| 194.20 | 194.20 | 1543.73 |
| 194.15 | 1544.13 | |
| 194.10 | 194.10 | 1544.53 |
| 194.05 | 1544.92 | |
| 194.00 | 194.00 | 1545.32 |
| 193.95 | 1545.72 | |
| 193.90 | 193.90 | 1546.12 |
| 193.85 | 1546.52 | |
| 193.80 | 193.80 | 1546.92 |
| 193.75 | 1547.32 | |
| 193.70 | 193.70 | 1547.72 |
| 193.65 | 1548.11 | |
| 193.60 | 193.60 | 1548.51 |
| 193.55 | 1548.91 | |
| 193.50 | 193.50 | 1549.32 |
| 193.45 | 1549.72 | |
| 193.40 | 193.40 | 1550.12 |
| 193.35 | 1550.52 | |
| 193.30 | 193.30 | 1550.92 |
| 193.25 | 1551.32 | |
| 193.20 | 193.20 | 1551.72 |
| 193.15 | 1552.12 | |
| 193.10 | 193.10 | 1552.52 |
| 193.05 | 1552.93 | |
| 193.00 | 193.00 | 1533.33 |
| 192.95 | 1553.73 | |
| 192.90 | 192.90 | 1554.13 |
| 192.85 | 1554.54 | |
| 192.80 | 192.80 | 1554.94 |
| 192.75 | 1555.34 | |
| 192.70 | 192.70 | 1555.75 |
| 192.65 | 1556.15 | |
| 192.60 | 192.60 | 1556.55 |
| 192.55 | 1556.96 | |
| 192.50 | 192.50 | 1557.36 |
| 192.45 | 1557.77 | |
| 192.40 | 192.40 | 1558.17 |
| 192.35 | 1558.58 | |
| 192.30 | 192.30 | 1558.98 |
| 192.25 | 1559.39 | |
| 192.20 | 192.20 | 1559.79 |
| 192.15 | 1560.20 | |
| 192.10 | 192.10 | 1560.61 |
DWDM all'interno della rete
Una tipica rete SDH avrà due fibre su ciascun lato di ogni nodo, una per trasmettere al suo neighbor on e uno da ricevere dal suo neighbor on.
Anche se avere due fibre tra un sito non sembra poi così male, in pratica ci saranno probabilmente molti sistemi in esecuzione tra i siti, anche se non fanno parte della stessa rete.
Con solo le due reti mostrate sopra, ora sono necessarie quattro fibre tra i siti C e D e la posa tra i siti è estremamente costosa. È qui che entrano in gioco le reti DWDM.
Utilizzando un sistema DWDM, la quantità di fibre richieste tra i siti C e D viene ridotta a una singola fibra. Le moderne apparecchiature DWDM possono multiplexare fino a 160 canali, il che rappresenta un enorme risparmio nell'investimento in fibra. Poiché l'apparecchiatura DWDM funziona solo con il segnale fisico, non influisce affatto sul livello SDH della rete. Il segnale SDH non viene terminato o interrotto, per quanto riguarda la rete SDH. C'è ancora una connessione diretta tra i siti.
Le reti DWDM sono indipendenti dal protocollo. Trasportano lunghezze d'onda della luce e non operano a livello di protocollo.
I sistemi DWDM possono far risparmiare grandi quantità di denaro agli operatori di rete durante la posa della fibra, anche di più sulle lunghe distanze. Utilizzando amplificatori ottici, è possibile trasmettere un segnale DWDM a lunghe distanze.
Un amplificatore riceve un segnale DWDM a più lunghezze d'onda e semplicemente lo amplifica per raggiungere il sito successivo.
Un amplificatore operazionale amplificherà i lambda rossi o blu, se sta amplificando i lambda rossi, eliminerà i canali blu ricevuti e viceversa. Per amplificare in entrambe le direzioni, è necessario uno dei due tipi di amplificatore.
Affinché il sistema DWDM funzioni in modo soddisfacente, le lunghezze d'onda in ingresso all'amplificatore ottico devono essere equalizzate.
Ciò comporta l'impostazione di tutte le sorgenti ottiche in ingresso nel sistema DWDM a livelli di potenza ottica simili. Le lunghezze d'onda che non sono state equalizzate possono mostrare errori durante il trasporto di traffico.
Alcuni produttori di apparecchiature DWDM aiutano i tecnici sul campo misurando le potenze ottiche dei canali in ingresso e suggerendo quali canali richiedono la regolazione della potenza.
L'equalizzazione delle lunghezze d'onda può essere eseguita in diversi modi; È possibile installare un attenuatore ottico variabile tra il telaio di gestione della fibra e l'accoppiatore DWDM: un tecnico può regolare il segnale sul lato dell'accoppiatore DWDM.
In alternativa, l'apparecchiatura sorgente può avere trasmettitori ottici a uscita variabile, questo consente a un ingegnere di regolare la potenza ottica tramite software sull'apparecchiatura sorgente.
Alcuni accoppiatori DWDM hanno attenuatori integrati per ogni canale ricevuto, un tecnico può regolare ogni canale nel punto di accesso DWDM.
Quando più frequenze di luce viaggiano attraverso una fibra, può verificarsi una condizione nota come miscelazione a quattro onde. Nuove lunghezze d'onda della luce vengono generate all'interno della fibra a lunghezze d'onda / frequenze determinate dalla frequenza delle lunghezze d'onda originali. La frequenza delle nuove lunghezze d'onda è data da f123 = f1 + f2 - f3.
La presenza delle lunghezze d'onda può influire negativamente sul rapporto segnale ottico / rumore all'interno della fibra e influire sul BER del traffico all'interno di una lunghezza d'onda.
COMPONENTI WDM
I componenti WDM si basano su vari principi ottici. La figura riportata di seguito mostra un singolo collegamento WDM. I laser DFB vengono utilizzati come trasmettitori, uno per ciascuna lunghezza d'onda. Un multiplexer ottico combina questi segnali nella fibra di trasmissione. Gli amplificatori ottici vengono utilizzati per pompare l'accensione del segnale ottico, per compensare le perdite del sistema.
Sul lato del ricevitore, i demoltiplicatori ottici separano ciascuna lunghezza d'onda, da inviare ai ricevitori ottici alla fine del collegamento ottico. I segnali ottici vengono aggiunti al sistema dagli ADM ottici (OADM).
Questi dispositivi ottici sono equivalenti agli ADM digitali, pulendo e dividendo i segnali ottici lungo il percorso di trasmissione. Gli OADM sono solitamente costituiti da reticoli in guida d'onda arrayed (AWG), sebbene siano state utilizzate anche altre tecnologie ottiche, come i reticoli in fibra di carbonio.
Un componente chiave di WDM è l'interruttore ottico. Questo dispositivo è in grado di commutare segnali ottici da una data porta di ingresso a una data porta di uscita. È l'equivalente di una traversa elettronica. Gli interruttori ottici consentono di costruire reti ottiche, in modo che un dato segnale ottico possa essere instradato verso la sua destinazione appropriata.
Un altro importante componente ottico è il convertitore di lunghezza d'onda. Un convertitore di lunghezza d'onda è un dispositivo che converte un segnale ottico proveniente a una data lunghezza d'onda in un altro segnale su una lunghezza d'onda diversa, mantenendo lo stesso contenuto digitale. Questa capacità è importante per le reti WDM perché fornisce una maggiore flessibilità nell'instradamento dei segnali ottici attraverso la rete.
RETI DI TRASPORTO OTTICHE
Le reti WDM sono costruite collegando nodi WXC (Wavelength Cross Connect) in una determinata topologia di scelta. I WXC sono realizzati da multiplexer di lunghezza d'onda e demultiplexer, switch e convertitori di lunghezza d'onda.
La figura seguente mostra un'architettura del nodo WXC generica.
I segnali ottici, multiplexati nella stessa fibra, arrivano a un demultiplexer ottico. Il segnale viene scomposto nelle sue diverse portanti di lunghezza d'onda e inviato a un banco di interruttori ottici. Gli interruttori ottici indirizzano i diversi segnali di lunghezza d'onda in un banco di uscita.
Multiplexer, dove i segnali vengono multiplexati e iniettati nelle fibre in uscita per la trasmissione. È possibile utilizzare convertitori di lunghezza d'onda tra il commutatore ottico e i multiplexer di uscita per fornire una maggiore flessibilità di instradamento. I WXC sono stati studiati per diversi anni. Le difficoltà con i WXC sono il crosstalk e il rapporto di estinzione.
Un nodo di connessione incrociata della lunghezza d'onda
Le reti di trasporto ottico (OTN) sono reti WDM che forniscono servizi di trasporto tramite percorsi luminosi. Un percorso ottico è un tubo ad alta larghezza di banda che trasporta dati fino a diversi gigabit al secondo. La velocità del percorso della luce è determinata dalla tecnologia dei componenti ottici (laser, amplificatori ottici, ecc.). Sono attualmente raggiungibili velocità dell'ordine di STM-16 (2488,32 Mbps) e STM-64 (9953,28 Mbps).
Un OTN è composto da nodi WXC, più un sistema di gestione, che controlla l'impostazione e lo smontaggio dei percorsi luminosi attraverso funzioni di supervisione come il monitoraggio dei dispositivi ottici (amplificatore, ricevitori), il ripristino dei guasti e così via. La configurazione e lo smontaggio dei percorsi luminosi devono essere eseguiti su una scala temporale ampia, ad esempio ore o addirittura giorni, dato che ciascuno di essi fornisce capacità di larghezza di banda di backbone.
C'è molta flessibilità nel modo in cui gli OTN vengono distribuiti, a seconda dei servizi di trasporto da fornire. Uno dei motivi di questa flessibilità è che la maggior parte dei componenti ottici è trasparente alla codifica del segnale. Solo al confine dello strato ottico, dove il segnale ottico deve essere riconvertito nel dominio elettronico, la codifica è importante.
Pertanto, i servizi ottici trasparenti per supportare varie tecnologie di rete elettroniche legacy, come SDH, ATM, IP e frame relay, in esecuzione sopra lo strato ottico, sono uno scenario probabile in futuro.
Lo strato ottico è ulteriormente suddiviso in tre sottolivelli:
La rete a livello di canale ottico, che si interfaccia con i client OTN, fornendo canali ottici (OChs).
La rete a strati multiplex ottico, che multiplexa vari canali in un unico segnale ottico.
La rete a strati di sezione di trasmissione ottica, che fornisce la trasmissione del segnale ottico attraverso la fibra.
FORMATO TELAIO OTN
Analogamente all'uso di un frame SDH, l'accesso all'OCh dovrebbe avvenire tramite un frame OC, che è attualmente definito. La dimensione del frame di base corrisponde alla velocità STM-16 o 2488,32 Mbps, che costituisce il segnale OCh di base. La figura seguente mostra un possibile formato di frame OCh.
Un frame del canale ottico
La regione più a sinistra del frame (mostrata nella figura riportata di seguito) è riservata ai byte in testa. Questi byte devono essere utilizzati per le funzioni OAM e P, simili ai byte in testa del frame SDH, discussi in precedenza.
Tuttavia, è probabile che vengano supportate funzioni aggiuntive, come la fornitura di fibre scure (prenotazione di una lunghezza d'onda tra due punti finali per un singolo utente) e l'APS basato sulla lunghezza d'onda. La regione più a destra del frame è riservata per uno schema FEC (Forward Error Correction) da esercitare su tutti i dati del carico utile. Una FEC su uno strato di trasmissione ottica aumenta la lunghezza massima dello span e riduce il numero di ripetitori. È possibile utilizzare un codice Reed-Solomon.
Diversi OCh devono essere multiplexati insieme nel dominio ottico, per formare il segnale del multiplexer ottico (OMS). Questo è parallelo al multiplexing di diversi frame STM-1 in un formato frame STM-N SDH. Più OCh possono essere multiplexati per formare OMS.
Il segnale del client ottico è posto all'interno del segnale del payload OCh. Il segnale del client non è vincolato dal formato del frame OCh. Invece, il segnale del client deve essere solo un segnale digitale a velocità di trasmissione costante. Il suo formato è anche irrilevante per lo strato ottico.
ANELLI WDM
Concettualmente, un anello WDM non è molto diverso da un anello SDH. I WXC sono interconnessi in una topologia ad anello, simile agli ADM SDH in un anello SDH. La principale differenza architettonica tra un anello SDH e un anello WDM è radicata nelle capacità WXC di commutazione e conversione della lunghezza d'onda.
Queste funzionalità possono essere utilizzate, ad esempio, per fornire livelli di protezione senza paralleli nella tecnologia SDH. In altre parole, è possibile fornire protezione della lunghezza d'onda o del percorso della luce, oltre alla protezione del percorso e della linea.
I protocolli APS ottici sono complessi quanto gli APS SDH. La protezione può essere fornita a livello OCh oppure a livello di sezione multiplex ottico / sezione di trasmissione ottica. Alcune funzionalità di protezione aggiuntive possono essere implementate senza parallelismo negli anelli SDH. Ad esempio, un percorso della luce non riuscito (ad esempio un guasto del laser) può essere risolto convertendo un segnale ottico da una data lunghezza d'onda in una diversa, evitando il reindirizzamento del segnale.
Ciò equivale alla commutazione dello span in SDH, con la differenza che anche due anelli WDM in fibra possono fornire tale capacità per la protezione OCh. Nello strato OMS, tuttavia, la protezione span richiederà quattro anelli in fibra, come in SDH. Queste funzionalità extra introdurranno senza dubbio una maggiore complessità nei protocolli APS a livello ottico.
Una volta che l'anello WDM è sollevato, è necessario stabilire percorsi luminosi in base al modello di traffico da supportare.
RETI MESH WDM
Le reti Mesh WDM sono costruite con gli stessi componenti ottici degli anelli WDM. Tuttavia, i protocolli utilizzati nelle reti mesh sono diversi da quelli utilizzati negli anelli. Ad esempio, la protezione nelle reti mesh è una proposta più complessa, così come il problema dell'instradamento e dell'assegnazione della lunghezza d'onda nelle reti mesh WDM.
È probabile che le reti mesh siano infrastrutture dorsali che collegano gli anelli WDM. Alcuni di questi collegamenti dovrebbero essere ottici, evitando colli di bottiglia ottici / elettronici e fornendo trasparenza. Altri richiederanno la conversione del segnale ottico nel dominio elettronico per la gestione del monitoraggio e forse per scopi di fatturazione. La figura seguente mostra una rete WDM.
Infrastructure - In questa figura, sono mostrati tre seguenti livelli di topologia:
- Accesso alla rete
- Rete regionale
- Backbone Network
Infrastruttura di rete WDM
Sono inclusi sia gli anelli SDH che le reti ottiche passive (PON) come reti di accesso. Si basano generalmente su un bus o su una topologia a stella e il protocollo MAC (Medium Access Control) viene utilizzato per coordinare le trasmissioni tra gli utenti. Nessuna funzionalità di routing è fornita in tali reti.
Queste architetture sono pratiche per le reti che supportano al massimo poche centinaia di utenti su brevi distanze. Sebbene i PON siano reti meno costose degli anelli WDM, a causa della mancanza di componenti attivi e caratteristiche come l'instradamento della lunghezza d'onda, i laser necessari alle sorgenti PON rendono la prima generazione di tali apparecchiature ancora più costosa degli anelli SDH. Ciò favorisce la soluzione SDH a livello di rete di accesso, almeno nel prossimo futuro.
Le reti backbone contengono componenti ottici attivi, fornendo quindi funzioni come la conversione della lunghezza d'onda e il routing. Le reti backbone dovranno in qualche modo interfacciarsi con le tecnologie di trasporto legacy, come ATM, IP, PSTN e SDH.
Lo scenario generale è illustrato nella figura seguente. Diversi tipi di interfaccia coinvolti nella figura.
Sovrapposizione di una rete di trasporto WDM che trasporta traffico ATM / IP.
Incapsulamento frame SDH
Il frame OCh deve essere definito in modo che l'incapsulamento del frame SDH possa essere eseguito facilmente. L'intero STM-16xc, ad esempio, deve essere trasportato come carico utile OCh. Se viene utilizzato un canale ottico STM-16 di base, potrebbe non essere possibile incapsulare SDH-16xc nel canale ottico STM-16, a causa dei byte overhead OCh.
Il formato del frame OCh è attualmente in fase di definizione. La figura seguente esemplifica l'incapsulamento del frame SDH nel frame OCh.
Interfacce SDH per WDM
Le apparecchiature WDM con interfacce SDH fisiche forniranno segnali ottici ai dispositivi SDH. Queste interfacce devono essere compatibili con le versioni precedenti della tecnologia SDH. Pertanto, il dispositivo SDH non deve essere a conoscenza della tecnologia WDM utilizzata per trasportare il suo segnale (ad esempio, il dispositivo può appartenere a un anello BLSR / 4).
In questo caso, il WXC diminuirà e aggiungerà nel mezzo ottico la lunghezza d'onda originariamente utilizzata nell'anello SDH. In questo modo, i livelli WDM e SDH sono completamente disaccoppiati, il che è necessario per l'interoperabilità di WDM con le apparecchiature legacy SDH.
Ciò pone ulteriori vincoli alla selezione delle lunghezze d'onda nello strato ottico, poiché la lunghezza d'onda dell'ultimo salto, quella che si interfaccia con il dispositivo SDH, deve essere la stessa utilizzata dal dispositivo SDH per terminare il percorso ottico, se non viene fornita la conversione della lunghezza d'onda all'interno del dispositivo SDH.
Un collegamento WDM
| Tecnologia | Rilevamento | Restauro | Dettagli | |
|---|---|---|---|---|
| WDM | WDM-OMS / OCH | 1-10 ms | 10-30 ms | Anello / PP |
| SDH | SDH | 0,1 ms | 50 ms | Squillare |
| APS 1 + 1 | 0,1 ms | 50 ms | PP | |
| ATM | FDDI | 0,1 ms | 10 ms | Squillare |
| STM | 0,1 ms | 100 ms | ||
| ATM PV-C / P 1 + 1 | 0,1 ms | 10msxN | Standby N = # salti | |
| ATM PNNI SPV-C / P, SV-C / P | anni 40 | 1-10s | ||
| IP | Border Gateway Protocol | 180 ms | 10-100s | |
| Protocollo di routing del gateway interno e E-OSPF | anni 40 | 1-10s | ||
| Sistema intermedio | anni 40 | 1-10s | ||
| Routing Internet Protocol | Anni '80 | 100s |
Come indicato nella tabella sopra, sebbene il ripristino sia più veloce in WDM rispetto alla tecnologia SDH, il rilevamento degli errori in WDM è più lento. Una sovrapposizione più sicura dei meccanismi di protezione WDM / SDH richiede uno schema di protezione WDM più veloce. In alternativa, gli APS SDH potrebbero essere rallentati artificialmente se i client SDH possono permettersi il degrado delle prestazioni dovuto a tali procedure.
Il ripristino in caso di guasto non necessario a livelli più alti può causare instabilità del percorso e congestione del traffico; quindi, dovrebbe essere evitato a tutti i costi. I controlli di persistenza dei guasti possono essere utilizzati a livelli superiori per evitare una reazione precoce ai guasti a livelli inferiori.
Un ripristino in caso di errore nel sottolivello OMS può sostituire le procedure di ripristino di diverse istanze dei segnali SDH serviti dal livello ottico. Pertanto, un numero potenzialmente elevato di client SDH viene risparmiato dall'avvio di procedure di ripristino in caso di errore ai propri livelli. Pertanto, un singolo ripristino in caso di errore nel sottolivello OMS ottico può risparmiare centinaia.
Evoluzione verso una rete di trasporto completamente ottica
È probabile che l'evoluzione verso una rete WDM completamente ottica avvenga gradualmente. Innanzitutto, i dispositivi WXC saranno collegati alle fibre esistenti. Alcuni componenti aggiuntivi potrebbero essere necessari nel collegamento ottico, come gli EDFA, per rendere i collegamenti in fibra legacy adatti alla tecnologia WDM. I WXC si interfacciano con apparecchiature legacy, come SDH e FDDI (Fiber Distributed Data Interface).
Un vantaggio di una rete di trasporto trasparente completamente ottica è che è probabile che il trasferimento delle funzioni SDH nel livello superiore (IP / ATM) o inferiore (WDM) SDH avvenga, portando risparmi in termini di aggiornamento e manutenzione della rete. Tale riorganizzazione dei livelli potrebbe influenzare le reti di trasporto, supponendo che il traffico in tempo reale, compresa la voce, sia pacchettizzato (IP / ATM). Ciò potrebbe portare all'estinzione dei segnali SDH dei VC.
Un problema chiave quindi sarebbe come impacchettare in modo più efficiente i pacchetti in SDH, o anche direttamente in frame OCh. Qualunque sia il nuovo metodo di incapsulamento che emerge, la retrocompatibilità con IP / PPP / HDLC e l'incapsulamento ATM è un must.
DWDM utilizza un insieme di lunghezze d'onda ottiche (o canali) di circa 1.553 nm con spaziatura dei canali di 0,8 nm (100 GHz), ciascuna lunghezza d'onda può trasportare informazioni fino a 10 Gbps (STM 64). Più di 100 canali di questo tipo possono essere combinati e trasmessi su una singola fibra. Sono in corso sforzi per spremere ulteriormente i canali e aumentare il bit rate dei dati su ciascun canale.
Sperimentalmente, la trasmissione di 80 canali, ciascuno dei quali trasporta 40 Gbps (equivalenti a 3,2 Tbits / sec) su una singola fibra, è stata testata con successo su una lunghezza di 300 km. L'implementazione della rete ottica DWDM point-to-point e basata su anello richiede un nuovo tipo di elementi di rete in grado di manipolare i segnali durante la corsa senza una costosa conversione OEO. Amplificatori ottici, filtri, multiplexer ottici add drop, de-multiplexer e cross-connect ottico sono alcuni degli elementi di rete essenziali. MEMS svolge un ruolo importante nella progettazione e nello sviluppo di tali elementi di rete.
MEMS è l'acronimo di Micro Electro Mechanical Systems. Viene utilizzato per creare dispositivi ultra-miniaturizzati, con dimensioni da pochi micron a un paio di centimetri di diametro. Sono abbastanza simili a un circuito integrato, ma con la capacità di integrare parti meccaniche in movimento sullo stesso substrato.
La tecnologia MEMS ha le sue radici nell'industria dei semiconduttori. Questi sono fabbricati utilizzando un processo di fabbricazione in batch simile a un VLSI. Un tipico MEMS è un microsistema integrato su un chip che può incorporare parti meccaniche in movimento oltre a elementi elettrici, ottici, fluidici, chimici e biomedicali.
Funzionalmente, MEMS include una varietà di meccanismi di trasudazione per convertire i segnali da una forma di energia a un'altra.
Molti diversi tipi di microsensori e microattuatori possono essere integrati con, elaborazione del segnale, sottosistemi ottici e microcomputer per formare un sistema funzionale completo su un chip. La capacità caratteristica di MEMS è di includere parti meccaniche in movimento sullo stesso substrato.
A causa delle dimensioni ridotte, è possibile utilizzare MEMS in luoghi in cui è praticamente impossibile posizionare dispositivi meccanici; come, all'interno di un vaso sanguigno di un corpo umano. Anche il tempo di commutazione e di risposta dei dispositivi MEMS è inferiore rispetto alle macchine convenzionali e consumano meno energia.
Applicazione di MEMS
Oggi i MEMS trovano applicazione in ogni ambito. Telecomunicazioni, bioscienze e sensori sono i principali beneficiari. I sensori di movimento, accelerazione e stress basati su MEMS vengono utilizzati in modo massiccio su velivoli e veicoli spaziali per aumentare la sicurezza e l'affidabilità. I satelliti Pico (del peso di circa 250 gm) sono sviluppati come dispositivi di ispezione, comunicazione e sorveglianza. Questi utilizzano sistemi basati su MEMS come carico utile e per il loro controllo orbitale. I MEMS vengono utilizzati negli ugelli delle stampanti a getto d'inchiostro e nelle testine di lettura / scrittura delle unità disco rigido. L'industria automobilistica utilizza MEMS nei "sistemi di iniezione del carburante" e nei sensori degli airbag.
I progettisti stanno inserendo MEMS nei loro nuovi progetti per migliorare le prestazioni dei loro prodotti. Riduce i costi e i tempi di produzione. L'integrazione di più funzioni in MEMS fornisce un grado più elevato di miniaturizzazione, un numero inferiore di componenti e una maggiore affidabilità.
Tecniche di progettazione e fabbricazione
Negli ultimi decenni, l'industria dei semiconduttori è arrivata alla sua maturità. Lo sviluppo di MEMS è ampiamente beneficiato da questa tecnologia. Inizialmente, le tecniche ei materiali utilizzati per la progettazione e la fabbricazione di circuiti integrati (IC) sono stati presi direttamente in prestito per lo sviluppo di MEMS, ma ora sono in fase di sviluppo molte tecniche di fabbricazione specifiche per MEMS. La microlavorazione superficiale, la microlavorazione in massa, l'attacco a ioni reattivi profondi (DRIE) e il micro-stampaggio sono alcune delle tecniche avanzate di fabbricazione dei MEMS.
Usando il micromachining method, vari strati di polisilicio, tipicamente spessi 1-100 mm, vengono depositati per formare una struttura tridimensionale avente conduttori metallici, specchi e strati isolanti. Un preciso processo di incisione rimuove selettivamente una pellicola sottolineatura (strato sacrificale) lasciando una pellicola sovrapposta denominata strato strutturale capace di movimento meccanico.
Surface micromachiningviene utilizzato per produrre una varietà di dispositivi MEMS in volumi commerciali. Strati di polisilicio e metallo possono essere visti prima e dopo il processo di incisione.
Bulk micromachiningè un altro processo ampiamente utilizzato per formare componenti funzionali per MEMS. Un singolo cristallo di silicio è modellato e modellato per formare parti tridimensionali ad alta precisione come canali, ingranaggi, membrane, ugelli, ecc. Questi componenti sono integrati con altre parti e sottosistemi per produrre MEMS completamente funzionali.
Alcuni elementi costitutivi standardizzati per l'elaborazione MEMS e componenti MEMS sono processi MEMS multiutente (MUMP). Queste sono le basi di una piattaforma che sta portando a un approccio specifico per l'applicazione ai MEMS, molto simile all'approccio specifico per l'applicazione (ASIC), che ha avuto tanto successo nell'industria dei circuiti integrati.
Tutte le reti DWDM ottiche e MEMS
Gli esperti di telecomunicazioni di oggi si trovano ad affrontare una sfida senza precedenti per accogliere una gamma in continua espansione di servizi ad alta larghezza di banda nelle reti di telecomunicazione. La richiesta di larghezza di banda sta aumentando esponenzialmente a causa dell'espansione di Internet e dei servizi abilitati per Internet. L'arrivo del DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) ha risolto questa scarsità tecnologica e ha cambiato completamente l'economia della rete ottica centrale.
DWDM utilizza un insieme di lunghezze d'onda ottiche (o canali) intorno a 1553 nm con spaziatura dei canali di 0,8 nm (100 GHz), ciascuna lunghezza d'onda può trasportare informazioni fino a 10 Gbps (STM 64). Più di 100 canali di questo tipo possono essere combinati e trasmessi su una singola fibra. Sono in corso sforzi per spremere ulteriormente i canali e aumentare il bit rate dei dati su ciascun canale.
Sperimentalmente, la trasmissione di 80 canali, ciascuno dei quali trasporta 40 Gbit / sec (equivalenti a 3,2 Tbit / sec) su una singola fibra è stata testata con successo su una lunghezza di 300 km. L'implementazione della rete ottica DWDM point-to-point e basata su anello richiede un nuovo tipo di elementi di rete in grado di manipolare i segnali durante la corsa senza una costosa conversione OEO. Amplificatori ottici, filtri, multiplexer ottici add drop, de-multiplexer e cross connect ottici sono alcuni degli elementi di rete essenziali. MEMS gioca un ruolo importante nella progettazione e nello sviluppo di tali elementi di rete. Discuteremo in dettaglio Optical Add Drop Mux (OADM) e Optical Cross Connect (OXC).
Innovazione nella commutazione ottica
Un pratico interruttore ottico basato su MEMS è stato dimostrato dagli scienziati dei Bell Labs durante l'anno 1999. Funziona come una barra oscillante con uno specchio microscopico placcato in oro a un'estremità. Una forza elettrostatica tira verso il basso l'altra estremità della barra, sollevando lo specchio che riflette la luce ad angolo retto. La luce in entrata si sposta così da una fibra all'altra.
Il successo tecnologico è infatti un elemento costitutivo di una varietà di dispositivi e sistemi, come multiplexer add / drop della lunghezza d'onda, switch di provisioning ottico, cross-connect ottico ed equalizzatori di segnale WDM.
Multiplexer ottico Add Drop
Analogamente alle reti SDH / SONET basate su anello, le reti completamente ottiche basate su DWDM stanno iniziando a decollare. La superiorità della rete ad anello rispetto alla rete mesh è già stata stabilita dai progettisti di reti SDH. Nell'anello completamente ottico, le larghezze di banda (ls) possono essere riservate a scopo di protezione. I multiplexer Add Drop ottici (OADM) sono funzionalmente simili ai multiplexer Add Drop (ADM) SDH / SONET. È possibile aggiungere o eliminare un gruppo di lunghezze d'onda selezionate (ls) da un segnale luminoso a più lunghezze d'onda. OADM elimina la costosa conversione OEO (da ottica a elettrica e posteriore).
Una matrice bidimensionale di interruttori ottici come descritto sopra viene utilizzata per fabbricare tali OADM che offrono una flessibilità molto ridotta. D'altro canto, i multiplexer Add Drop (R-OADM) riconfigurabili consentono la massima flessibilità. È possibile accedere a qualsiasi canale che passa attraverso, eliminare o aggiungere nuovi canali. La lunghezza d'onda di un canale specifico può essere modificata per evitare il blocco. Gli interruttori ottici o OADM di questo tipo sono noti come interruttori 2D o N2 perché il numero di elementi di commutazione richiesti è uguale al quadrato del numero di porte e perché la luce rimane solo su un piano di due dimensioni.
Un OADM a otto porte richiede 64 micro mirror individuali con il loro controllo su un dispositivo MEMS. È abbastanza simile agli interruttori a "barra trasversale" utilizzati nelle centrali telefoniche.
Gli interruttori ottici di questo tipo sono stati sottoposti a severi test meccanici e ottici. La perdita di inserzione media è inferiore a 1,4 db con un'eccellente ripetibilità di ± 0,25 db su 1 milione di cicli. Gli OADM di tipo 2D / N2 con configurazione maggiore di 32 × 32 (1024 specchi di commutazione) diventano praticamente ingestibili e antieconomici. Più strati di tessuto switch più piccoli vengono utilizzati per creare configurazioni più grandi.
Optical Cross Connect
La limitazione degli interruttori ottici di tipo 2D è stata superata da una tecnologia di commutazione ottica ancora innovativa dei Bell Labs. È popolarmente noto come‘Free Space 3-D MEMS’ o ‘Light Beam Steering’. Utilizza una serie di micro-specchi a doppio asse come interruttore ottico. Il micro-specchio è montato su uno degli assi di una serie di anelli cardanici accoppiati a croce, tramite una serie di molle di torsione. Questa disposizione consente allo specchio di muoversi lungo due assi perpendicolari a qualsiasi angolo desiderato. Lo specchio è azionato dalla forza elettrostatica applicata ai quattro quadranti sotto lo specchio. L'intera unità micro-specchio viene replicata utilizzando la tecnologia MEMS per formare un "tessuto di commutazione" di 128 o 256 micro-specchi.
Una serie di fibre di ingresso collimate è allineata a una serie di specchi che possono reindirizzare la luce inclinando lo specchio sugli assi X e Y alla seconda serie di specchi allineati alle fibre di uscita collimate. Puntando con precisione una serie di specchi sulle fibre di ingresso e di uscita, è possibile realizzare un collegamento della luce desiderato. Questo processo è chiamato "sterzo a fascio luminoso".
Il tempo di commutazione dell'interruttore 3D MEMS è inferiore a 10 ms ei micro-specchi sono estremamente stabili. Le connessioni incrociate ottiche basate su questa tecnologia offrono vari vantaggi esclusivi rispetto alle connessioni incrociate di tipo OEO. Gli OXC sono ad alta capacità, scalabili, con bit rate dei dati e indipendenti dal formato dei dati. Instrada in modo intelligente i canali ottici senza costose conversioni OEO. Il basso ingombro e il consumo energetico sono ulteriori vantaggi della tecnologia di commutazione completamente ottica.
I primi sistemi WDM trasportavano due o quattro lunghezze d'onda ampiamente spaziate. WDM e le tecnologie "follow-on" di CWDM e DWDM si sono evolute ben oltre questa limitazione iniziale.
WDM
I sistemi WDM tradizionali e passivi sono ampiamente diffusi con conteggi di 2, 4, 8, 12 e 16 canali come implementazioni normali. Questa tecnica di solito ha una limitazione della distanza inferiore a 100 km.
CWDM
Oggi, il Coarse WDM (CWDM) utilizza in genere una spaziatura di 20 nm (3000 GHz) fino a 18 canali. La raccomandazione CWDM ITU-T G.694.2 fornisce una griglia di lunghezze d'onda per distanze target fino a circa 50 km su fibre monomodali come specificato nelle raccomandazioni ITU-T G.652, G.653 e G.655. La griglia CWDM è composta da 18 lunghezze d'onda definite nell'intervallo da 1270 nm a 1610 nm spaziate di 20 nm.
DWDM
La spaziatura comune del WDM denso può essere 200, 100, 50 o 25 GHz con il numero di canali che raggiunge fino a 128 o più canali a distanze di diverse migliaia di chilometri con amplificazione e rigenerazione lungo tale percorso.