광학 데이터 네트워킹

현재 정의 된대로 IP over WDM은 데이터 네트워크 및 광 네트워크가 제공 할 수있는 기능에 대한 제한적인보기를 부과합니다. 광학 레이어에서 네트워킹 기능을 완전히 사용하지 않고 단일 프로토콜 스택에 의해 도입 된 제약은 일부 네트워크 응용 프로그램에 대해 매우 제한적입니다.

위에서 언급 한 네트워킹 트렌드에는 클라이언트 신호 독립적 인 방식으로 다양한 프로토콜 스택, 네트워크 아키텍처, 보호 및 복원 옵션을 지원할 수있는 광 네트워킹 플랫폼이 필요합니다. 포인트-투-포인트 WDM을 통한 POS 선택은 고속 데이터 네트워크의 일부 네트워크 응용 프로그램에 가장 적합하지만 모든 것이 아닙니다. 또한 이러한 미래의 데이터 네트워크를 구현하고 배포하기 위해 선택된 광 플랫폼은 새롭고 예상치 못한 프로토콜 스택 매핑을 쉽게 수용 할 수 있고 중간 프로토콜 변환없이 광 계층 네트워크에서 동일한 네트워킹 기능을받을 수 있도록해야합니다.

광학 데이터 네트워킹은 프로토콜 스택 및 네트워크 아키텍처의 이질성을 줄이려는 것이 아니라 이질성을 활용하여 각 특정 애플리케이션 및 네트워크 공급자 세그먼트에 맞춤형 네트워크 솔루션을 제공하는 대체 접근 방식입니다. 광학 데이터 네트워킹은 서비스 계층과 전송 계층 모두에서 네트워킹 기능을 결합합니다.

광학 데이터 네트워킹의 주요 구성 요소

OTN에서 지원되는 클라이언트 신호 유형의 다양성에 반영된 프로토콜 스택의 다양성은 디지털 래퍼를 사용하여 수용됩니다. 진정한 광 네트워킹 기능의 사용은 OCh 라우팅, 오류 및 성능 모니터링, 보호 및 복원을 통해 추가적인 유연성과 견고성을 제공하며, 모두 OCh별로 선택적으로 수행됩니다. 이러한 모든 요소가 함께 결합되어 미래 보장형이며 데이터 서비스 제공 업체의 특정 비전에 개방 된 강력하고 유연한 네트워킹 솔루션을 제공합니다.

이 기술은 채널 용량 업그레이드, 채널 추가 / 삭제, 경로 재 지정 및 트래픽 분배를 위해 비용 효율적이고 더 유연하며 모든 유형의 네트워크 토폴로지 및 보호 시스템 및 동기화를 지원합니다. 다음은 주요 구성 요소입니다-

• TP (트랜스 폰더)
• VOA (가변 광 감쇠기)
• MUX (멀티플렉서)
• DEMUX (디멀티플렉서)
• BA (부스터 앰프)
• 라인 (OFC 미디어)
• LA (라인 앰프)
• PA (프리 앰프)
• OSC (광 감시 채널)

트랜스 폰더

이 장치는 STM-n 와이드 펄스 광 신호와 MUX / DEMUX 장비 간의 인터페이스입니다. 이 광 신호는 같은 위치에 있거나 다른 물리적 매체, 다른 프로토콜 및 트래픽 유형에서 나올 수 있습니다. 넓은 펄스 신호를 1.6nm 간격으로 나노 미터 (nm) 정도의 좁은 파장 (점 또는 컬러 주파수)으로 변환합니다. MUX로 보내기.

반대 방향으로, DEMUX의 컬러 출력은 넓은 펄스 광 신호로 변환됩니다. 출력 전력 레벨은 양방향으로 +1 ~ –3dBm입니다. 변환은 2R 또는 3R 방법에서 광학에서 전기로, 전기에서 광학으로 (O에서 E 및 E에서 O)로 변환됩니다.

2R에서는 재생과 재 성형이 이루어지고, 3R에서는 재생, 재 성형, 재 타이밍이 수행됩니다. TP는 파장 색상 및 비트 전송률에 따라 다르거 나 둘 다에 대해 조정 가능할 수 있습니다 (비용이 많이 들고 사용되지 않음). 그러나 2R에서는 모든 비트 레이트, PDH, STM-4 또는 STM-16이 채널 레이트가 될 수 있습니다. 장치는 수신기 감도 및 과부하 지점에 제한이 있습니다.

중간 전기 단계는 액세스 할 수 없지만 STN-n의 오버 헤드 바이트는 감독 목적으로 사용됩니다. 이 장치는 또한 ITU-T 권장 사항 G.957을 통한 광학 안전 작동 (ALS)을 지원합니다.

가변 광 감쇠기 (VOA)

시스템에로드되는 채널 수에 관계없이 Mux 장치의 개별 채널 광 출력 전력이 동일하게 유지되도록 EDFA 대역을 통해 신호 레벨의 균일 한 분포를 조정하는 데 필요한 프리 엠 퍼시스와 같은 수동 네트워크입니다.

광 감쇠기는 신호 레벨을 줄이는 데 사용되는 간단한 전위차계 또는 회로와 유사합니다. 감쇠기는 성능 테스트를 실행해야 할 때마다 사용됩니다 (예 : 링크의 신호 레벨 변화에 따라 비트 오류가 어떻게 영향을 받는지 확인하기 위해). 한 가지 방법은 그림과 같이 광학 신호가 다른 양의 어둠의 유리판을 통과 한 다음 다시 광섬유로 돌아가는 정밀한 기계적 설정을 갖는 것입니다.

유리판의 회색 밀도는 한쪽 끝이 0 %에서 다른 쪽 끝이 100 %입니다. 플레이트가 틈새를 가로 질러 이동함에 따라 더 많거나 적은 빛 에너지가 통과 할 수 있습니다. 이 유형의 감쇠기는 매우 정확하고 모든 빛 파장을 처리 할 수 ​​있지만 (판이 파장에 관계없이 동일한 양으로 모든 빛 에너지를 감쇠하기 때문에) 기계적으로 비용이 많이 듭니다.

멀티플렉서 (MUX) 및 디멀티플렉서 (De-MUX)

DWDM 시스템은 단일 광섬유를 통해 여러 스테이션에서 신호를 보내므로 들어오는 신호를 결합하는 수단을 포함해야합니다. 이것은 멀티플렉서의 도움으로 수행되며, 다중 섬유에서 광학 파장을 가져 와서 빔으로 수렴합니다. 수신 측에서 시스템은 광선의 투과 파장을 분리하여 눈에 띄지 않게 감지 할 수 있어야합니다.

디멀티플렉서는 수신 된 빔을 파장 구성 요소로 분리하고 개별 광섬유로 결합하여이 기능을 수행합니다.

멀티플렉서 및 디멀티플렉서는 설계에서 수동 또는 능동 일 수 있습니다. 수동 설계는 프리즘, 회절 격자 또는 필터를 사용하는 반면 능동 설계는 수동 장치를 조정 가능한 필터와 결합합니다.

이러한 장치의 주요 과제는 누화를 최소화하고 채널 분리 (두 인접 채널 간의 파장 차이)를 최대화하는 것입니다. 누화는 채널이 얼마나 잘 분리되었는지 측정하는 반면 채널 분리는 각 파장을 구별하는 능력을 나타냅니다.

멀티플렉서 / 디멀티플렉서의 유형

프리즘 유형

파장의 다중화 또는 역 다중화의 간단한 형태는 프리즘을 사용하여 수행 할 수 있습니다.

평행 한 다 색광 빔이 프리즘 표면에 충돌하고 각 구성 요소 파장이 다르게 굴절됩니다. 이것이rainbow effect. 출력 광에서 각 파장은 각도만큼 다음 파장과 분리됩니다. 렌즈는 광섬유에 들어가야하는 지점에 각 파장의 초점을 맞 춥니 다. 구성 요소는 하나의 광섬유에 서로 다른 파장을 다중화하기 위해 역으로 사용될 수 있습니다.

회절 격자 유형

또 다른 기술은 회절 및 광학 간섭의 원리를 기반으로합니다. 다색 광원이 회절 격자에 충돌하면 각 파장은 다른 각도로 회절되어 공간의 다른 지점으로 회절됩니다. 렌즈를 사용하면 다음 그림과 같이 이러한 파장을 개별 섬유에 초점을 맞출 수 있습니다.Bragg grating는 파장 선택형 미러로 사용할 수 있으며 DWDM 시스템에서 채널을 추가 및 삭제하는 데 널리 사용되는 간단한 수동 구성 요소입니다.

Braggs 격자는 자외선 레이저 빔을 사용하여 위상 마스크를 통해 모노 모드 광섬유의 코어를 비추는 방식으로 만들어집니다. 섬유는 인, 게르마늄 또는 붕소로 도핑되어 광에 민감합니다. 빛이 마스크를 통과 한 후 프린지 패턴이 생성되어 섬유에 "인쇄"됩니다. 이것은 섬유 코어 유리의 굴절률을 영구적으로 주기적으로 조절합니다. 완성 된 격자는 브래그 파장 (높은 인덱스 영역과 낮은 인덱스 영역 사이의 광학 간격의 두 배에 해당)에서 빛을 반사하고 다른 모든 파장을 투과합니다.

조정 가능한 브래그 격자

브래그 섬유 격자는 압전 소자에 접착 될 수 있습니다. 소자에 전압을가함으로써 격자가 늘어나고 Bragg 파장이 더 긴 파장으로 이동하도록 소자가 늘어납니다. 현재 장치는 150v의 입력에 대해 2nm의 튜닝 범위를 제공 할 수 있습니다.

배열 된 도파관 격자

AWG (Arrayed Waveguide Grating)도 회절 원리를 기반으로합니다. 광 도파관 라우터 또는 도파관 격자 라우터라고도하는 AWG 장치는 인접한 채널 간의 경로 길이가 고정 된 곡선 형 채널 도파관 배열로 구성됩니다. 도파관은 입력 및 출력에서 ​​캐비티에 연결됩니다.

광 멀티플렉서

빛이 입력 공동으로 들어 오면 회절되어 도파관 어레이로 들어갑니다. 따라서 각 도파관의 광학 길이 차이는 광섬유 어레이가 결합 된 출력 캐비티에서 위상 지연을 유발합니다. 이 프로세스는 출력 포트에 해당하는 다른 위치에서 최대 간섭을 갖는 다른 파장을 생성합니다.

다층 간섭 필터

다른 기술은 박막 필터 또는 다층 간섭 필터라는 장치에서 간섭 필터를 사용합니다. 광학 경로에 박막으로 구성된 필터를 배치하여 파장을 역 다중화 할 수 있습니다. 각 필터의 ​​특성은 한 파장은 투과시키고 다른 파장은 반사하는 것입니다. 이러한 장치를 계단식으로 연결하면 많은 파장을 역 다중화 할 수 있습니다.

필터는 적당한 비용으로 채널간에 우수한 안정성과 격리를 제공하지만 삽입 손실이 높습니다 (AWG는 평탄한 스펙트럼 응답과 낮은 삽입 손실을 나타냄). 필터의 가장 큰 단점은 온도에 민감하고 모든 환경에서 실제로 사용되지 않을 수 있다는 것입니다. 그러나 이들의 큰 장점은 멀티플렉싱 및 디 멀티플렉싱 작업을 동시에 수행하도록 설계 할 수 있다는 것입니다.

OM의 연결 유형

커플 링 OM은 함께 납땜 된 두 개 이상의 섬유와 상호 작용하는 표면입니다. 일반적으로 OM에 사용되며 작동 원리는 다음 그림에 나와 있습니다.

커플 링 OM은 낮은 제조 비용으로 만 다중화 기능을 수행 할 수 있습니다. 단점은 높은 삽입 손실입니다. 현재 ZTWE의 DWDM 장비에 사용되는 OM은 커플 링 OM을 사용합니다. OD는 AWG 구성 요소를 채택합니다.

부스터 증폭기 (광 증폭기)

감쇠로 인해 광섬유 세그먼트가 신호를 재생성해야하기 전에 무결성으로 신호를 전파 할 수있는 시간에 제한이 있습니다. 광 증폭기 (OA)가 도착하기 전에 전송되는 모든 신호에 대해 리피터가 있어야했습니다. OA는 광-전기-광학 (OEO) 변환없이 모든 파장을 한 번에 증폭 할 수있게했습니다. 광 링크 (중계기)에 사용되는 것 외에도 광 증폭기는 다중화 후 또는 역 다중화 전에 신호 전력을 높이는 데 사용할 수도 있습니다.

광 증폭기의 유형

모든 광 경로에서 광 증폭기는 단순 모드에서 중계기로 사용되었습니다. 하나의 광섬유는 송신 경로에 사용되었고 두 번째 광섬유는 리턴 경로에 사용되었습니다. 최신 광 증폭기는 동시에 두 방향으로 작동합니다. 두 개의 다른 비트 전송률이 사용되는 경우 두 방향으로 동일한 파장을 사용할 수도 있습니다. 따라서 단일 광섬유를 이중 작업에 사용할 수 있습니다.

광 증폭기는 또한 서로 다른 파장에서 작동하는 신호 범위를 통과하기에 충분한 대역폭을 가져야합니다. 예를 들어, 스펙트럼 대역폭이 40nm 인 SLA는 약 10 개의 광학 신호를 처리 할 수 ​​있습니다.

565mb / s 시스템에서 500kms 광 링크의 경우 83km 간격으로 5 개의 SLA 광 증폭기가 필요합니다. 각 증폭기는 약 12dB의 이득을 제공하지만 시스템에 잡음도 도입합니다 (BER 10-9).

SLA 증폭기에는 다음과 같은 단점이 있습니다.

• 온도 변화에 민감
• 공급 전압 변화에 민감
• 기계적 진동에 민감
• Unreliable
• 누화에 취약

에르븀 첨가 광섬유 증폭기 (EDFA)

DWDM 시스템에서는 EDFA가 사용됩니다. 에르븀은 여기 될 때 DWDM에 사용되는 광섬유의 저손실 파장 인 약 1.54 마이크로 미터의 빛을 방출하는 희토류 원소입니다. 약한 신호가 에르븀이 도핑 된 섬유로 들어가고, 여기에 펌프 레이저를 사용하여 980nm 또는 1480nm의 빛이 주입됩니다.

이 주입 된 빛은 에르븀 원자를 자극하여 저장된 에너지를 추가 1550nm 빛으로 방출합니다. 신호가 강해집니다. EDFA의 자발적 방출은 EDFA의 잡음 지수도 추가합니다. EDFA는 일반적인 대역폭이 100nm이며 광학 경로를 따라 80-120km 간격으로 필요합니다.

EDFA는 또한 four-wave-mixing인접한 채널 간의 비선형 상호 작용으로 인해. 따라서 중계기 사이의 거리를 늘리기 위해 증폭기 전력을 늘리면 더 많은 누화가 발생합니다.

라만 증폭기

WDM에서 SLA 및 EDFA 증폭기의 사용은 이미 설명한대로 제한되며, 현대 WDM 시스템은 약 300nm의 대역폭을 가진 Raman Amplification으로 전환하고 있습니다. 여기서 펌프 레이저는 광섬유의 수신단에 있습니다. 누화 및 노이즈가 크게 감소합니다. 그러나 라만 증폭에는 높은 펌프 레이저를 사용해야합니다.

섬유의 분산은 실제로 "사파 혼합"효과를 최소화하는 데 도움이됩니다. 안타깝게도 초기 광 링크는 WDM 신호를 전달하도록 동일한 광케이블을 업그레이드 할 때 장거리 분산을 최소화하기 위해 종종 제로 분산 광케이블을 사용했습니다. 광대역 광 신호를위한 이상적인 매체가 아닙니다.

WDM 용 특수 모노 모드 섬유가 개발되고 있습니다. 이들은 포지티브 및 네거티브 분산 섬유의 대체 세그먼트를 가지고 있으므로 총 분산은 0이됩니다. 그러나 개별 세그먼트는 분산을 제공하여 4 파 혼합을 방지합니다.

라인 증폭기

프리 앰프 (PA)와 부스터 앰프 (BA)로 구성된 2 단 EDFA 앰프입니다. 두 단계가 없으면 EDFA 원리에서 신호를 최대 33dB까지 증폭 할 수 없습니다 (자발 방출로 인해 생성되는 노이즈를 방지하기 위해). 라인 증폭기 (LA)는 장거리 및 초장 거리 시스템에 대해 각각 22dB 또는 33dB의 라인 손실을 보상합니다. 전적으로 광학 스테이지 장치입니다.

라인 (OFC) 미디어

이것은 DWDM 신호가 이동하는 광섬유 매체입니다. 감쇠와 분산은 전송 거리, 비트 레이트 용량 등을 결정하는 주요 제한 요소입니다. 일반적으로 22dB 및 33dB는 장거리 및 초장 거리 시스템의 홉 길이에 대한 회선 손실로 간주됩니다.

리피터 (LA)없이 매우 긴 장거리 라인 파장은 120km가 될 수 있습니다. 그러나 여러 리피터가 계단식으로 연결된 경우 길이는 최대 600km까지 가능하며 분산 보상 모듈을 사용하여 최대 1200km까지 늘릴 수 있습니다. 이러한 거리가 지나면 광단에서만 중계기 대신 전기 단에서 재생이 필요하다.

전치 증폭기 (PA)

이 증폭기는 터미널에서 DEMUX와 먼 스테이션에서 오는 신호를 수신하는 라인을 인터페이스하는 데 사용됩니다. 따라서 감쇠 된 라인 신호는 DEMUX 장치에 들어가기 전에 + 3dBm ~ 10dBm 레벨로 증폭됩니다.

광학 감시 채널

추가 데이터 (2mbps : EOW, 인터페이스를 통한 사용자 특정 데이터 등)를 광학 안전 장치없이 별도의 파장 (ITU-T 권장 사항 G-692에 따라 1480nm)에서 전송하는 기능 메인 STM-n 광 트래픽 신호와는 독립적으로 OSC에 의해 수행됩니다. 선택적 및 옴니버스 채널에 대한 EOW (0.3 ~ 3.4KHz)는 8 비트 PCM 코드에서 64kbps입니다.

OSC (Optical Supervisory Channel)는 LCT를 사용하여 수행 된 오류 위치, 구성, 성능 및 보안 관리뿐 아니라 광 라인 장치를 제어 및 모니터링하는 데 도움이됩니다.