NGN - szybki przewodnik
Pojawienie się szybkiej komunikacji głosowej i transmisji danych spowodowało, że potrzebny był szybki nośnik do przesyłania informacji. Cyfrowe obwody lub łącza wyewoluowały z potrzeby przesyłania głosu lub danych w formie cyfrowej.
Konwersja z postaci analogowej do cyfrowej odbywa się w czterech etapach ( patrz poniższy rysunek ) i zostanie szczegółowo omówiona w kolejnych sekcjach.
Próbowanie
Częstotliwości głosu przyjmują postać sygnału analogowego, tj. Fali sinusoidalnej ( patrz poniższy rysunek ). Sygnał ten musi zostać przekształcony w postać binarną, aby mógł zostać przeniesiony na nośnik cyfrowy. Pierwszym etapem tej konwersji jest konwersja sygnału audio do formatuPulse Amplitude Modulation(PAM)sygnał. Ten proces jest ogólnie znany jakosampling.
Proces próbkowania musi gromadzić wystarczające informacje z przychodzących częstotliwości głosu, aby umożliwić wykonanie kopii oryginalnego sygnału. Częstotliwości głosu zwykle mieszczą się w zakresie300Hz to 3400Hz, zwykle znany jako commercial speech band.
Aby uzyskać próbkę, częstotliwość próbkowania jest stosowana do oryginalnej częstotliwości głosu. Częstotliwość próbkowania jest określona przezNyquist Sampling Theorem, która to dyktuje “the frequency of sampling should be at least twice the highest frequency component.”
Zapewnia to pobieranie próbki minimum raz na każde pół cyklu, eliminując w ten sposób możliwość pobierania próbek w zerowych punktach cyklu, które nie miałyby amplitudy. Powoduje to, że częstotliwość próbkowania wynosi minimum 6,8 kHz.
Norma europejska próbkuje przychodzący sygnał o częstotliwości 8 KHZ, upewniając się, że próbka jest pobierana co 125micro secondslub 1/8000 sekundy ( patrz poniższy rysunek ).
Kwantyzacja
Amplituda każdej próbki byłaby w idealnym przypadku przypisana kodem binarnym (1 lub 0), ale ponieważ może istnieć nieskończona liczba amplitud; Dlatego potrzebna jest nieskończona liczba dostępnych kodów binarnych. Byłoby to niepraktyczne, więc należy zastosować inny proces, znany jakoquantizing.
Kwantyzacja porównuje sygnał PAM ze skalą kwantyzacji, która ma skończoną liczbę dyskretnych poziomów. Skala kwantyzacji dzieli się na 256 poziomów kwantyzacji, z których 128 to poziomy dodatnie, a 128 to poziomy ujemne.
Etap kwantyzacji obejmuje przydzielenie unikalnego 8-bitowego kodu binarnego odpowiedniego dla przedziału kwantyzacji, w którym mieści się amplituda sygnału PAM ( patrz poniższy rysunek ).
Składa się z 1 bitu polaryzacji, a pozostałe 7 bitów służy do identyfikacji poziomu kwantyzacji ( jak pokazano na powyższym rysunku ).
Pierwszy bit, jak widać wcześniej, to bit polaryzacji, następne trzy bity dla kodu segmentu, dające osiem kodów segmentów, a pozostałe cztery bity dla poziomu kwantyzacji, dające szesnaście poziomów kwantyzacji.
Kompandowanie
Sam proces kwantyzacji prowadzi do zjawiska znanego jako quantization distortion. Dzieje się tak, gdy amplituda próbkowanego sygnału mieści się między poziomami kwantyzacji. Sygnał jest zawsze zaokrąglany w górę do najbliższego pełnego poziomu. Ta różnica między poziomem próbkowanym a poziomem kwantyzacji jest kwantyzującym zniekształceniem.
Szybkość zmiany amplitudy sygnału jest różna w różnych częściach cyklu. Dzieje się tak najczęściej przy wysokich częstotliwościach, ponieważ amplituda sygnału zmienia się szybciej niż przy niskich częstotliwościach. Aby temu zaradzić, pierwszy segment kodu ma blisko siebie poziomy kwantyzacji. Kod następnego segmentu ma wtedy podwójną wysokość poprzedniego i tak dalej. Ten proces jest znany jakocompanding, ponieważ kompresuje większe sygnały i rozszerza mniejsze sygnały.
W Europie używają A-law companding, w porównaniu z Ameryką Północną i Japonią, które używają μ law.
Ponieważ zniekształcenie kwantyzacji jest równoważne szumowi, kompresja poprawia stosunek sygnału do szumu w sygnałach o niskiej amplitudzie i zapewnia akceptowalny stosunek sygnału do szumu w całym zakresie amplitud.
Kodowanie
Aby informacje binarne mogły być przesyłane ścieżką cyfrową, informacje muszą zostać zmodyfikowane w odpowiedni kod liniowy. Technika kodowania stosowana w Europie jest znana jakoHigh Density Bipolar 3 (HDB3).
HDB3 pochodzi z kodu linii zwanego AMI lub Alternate Mark Inversion. W kodowaniu AMI używane są 3 wartości: brak sygnału do reprezentacji binarnego 0 oraz sygnał dodatni lub ujemny, który jest używany naprzemiennie do reprezentowania binarnego 1.
Jeden problem związany z kodowaniem AMI występuje, gdy przesyłany jest długi ciąg zer. Może to powodować problemy z pętlą synchronizacji fazowej w odległym odbiorniku końcowym.
HDB3działa podobnie do AMI, ale zawiera dodatkowy krok kodowania, który zastępuje dowolny ciąg czterech zer trzema zerami, po których następuje „bit naruszenia”. To naruszenie ma taką samą biegunowość jak poprzednie przejście ( patrz poniższy rysunek ).
Jak widać na przykładzie, 000V zastępuje pierwszy ciąg czterech zer. Jednak użycie tego typu kodowania może prowadzić do wprowadzenia średniego poziomu DC do sygnału, ponieważ może występować długi ciąg zer, a wszystkie są kodowane w ten sam sposób. Aby tego uniknąć, kodowanie kolejnych czterech zer zmienia się na B00V za pomocą bitu „Bipolar violation”, który zmienia polaryzację.
Na tej podstawie można założyć, że przy kodowaniu HDB3 maksymalna liczba zer bez przejścia wynosi trzy. Ta technika kodowania jest często nazywanamodulation format.
Multipleksowanie
Do tej pory koncentrowaliśmy się tylko na jednym kanale głosowym. Teraz musimy połączyć kilka tych kanałów w jedną ścieżkę transmisji, proces znany jakomultiplexing. Multipleksowanie to proces, w którym można połączyć kilka kanałów w celu przesłania ich pojedynczą ścieżką transmisyjną. Proces powszechnie używany w telefonii jest znany jakoTime Division Multiplexing (TDM).
Jak widzieliśmy wcześniej, próbkowanie dla jednego kanału odbywa się co 125 micro seconds. Umożliwia to próbkowanie innych kanałów w tym okresie. W Europie przedział czasowy jest podzielony na32 okresy czasu, znane jako timeslots. Te 32 szczeliny czasowe można następnie zgrupować, tworząc plikframe( patrz poniższy rysunek ).
W konsekwencji czas trwania klatki można uznać za 125 mikrosekund. Można teraz również założyć, że każda szczelina czasowa składa się z 8 bitów danych i jest powtarzana 8000 razy, a osiągalna jest szybkość kanału 64000 bitów na sekundę lub 64 kbity. Dzięki tym informacjom można teraz określić całkowitą liczbę bitów danych przesłanych pojedynczą ścieżką, znaną jakosystem bit rate. Oblicza się to za pomocą następującego wzoru -
Szybkość transmisji systemu = Częstotliwość próbkowania x Liczba szczelin x Bity na szczelinę = 8000 x 32 x 8 = 2048000 bitów / s = 2,048 Mb
Z 32 dostępnych kanałów 30 jest używanych do transmisji mowy, a pozostałe 2 szczeliny czasowe są wykorzystywane do wyrównywania i sygnalizacji. Poniższa sekcja wyjaśni funkcje wszystkich szczelin czasowych.
Przedziały czasowe od 1 do 15 i od 17 do 31
Te 30 szczelin czasowych jest dostępnych do transmisji cyfrowego sygnału analogowego w postaci 8-bitowej o przepustowości 64 kbit / s (np. Dane klientów).
Szczelina czasowa 0
Europejski system zalecany definiuje, że szczelina czasowa 0 każdej ramki jest używana do synchronizacji, znanej również jako frame alignment( patrz poniższy rysunek ). Zapewnia to, że szczeliny czasowe w każdej ramce są wyrównane między stacją nadawczą a stacją odbiorczą.
Plik frame alignment word (FAW) jest przenoszony w bitach danych od 2 do 8 każdej parzystej ramki, podczas gdy ramki nieparzyste zawierają a not frame alignment word(NFAW) w bicie danych 2 ( patrz poniższy rysunek ).
Sprawdzanie błędów jest również dostępne w szczelinie czasowej 0 za pomocą cyclic redundancy check (CRC), aby zweryfikować wyrównanie ramki, które jest przenoszone w bicie danych 1 wszystkich ramek. Istnieje również możliwość raportowaniaFar End Alarms, co jest wskazywane przez wstawienie binarnej 1 do bitu danych 3 wszystkich nieparzystych ramek. Pozostałe bity danych od 4 do 8 nieparzystych ramek mogą być wykorzystane do krajowych alarmów i zarządzania siecią.
Szczelina 16
W szczelinie czasowej 16 dostępnych jest 8 bitów danych, a dzięki zastosowaniu kodu zmiennego składającego się z 4 bitów danych, sygnalizacja może być wykonywana dla 2 kanałów głosowych w każdej ramce.
Dlatego widać, że do zakończenia sygnalizacji dla wszystkich kanałów głosowych potrzeba 15 ramek ( patrz poniższy rysunek ).
Ponieważ obecnie przenoszonych jest wiele ramek w logicznej kolejności, musi istnieć urządzenie do ich wyrównywania. Osiąga się to poprzez użycie ramki przed ramkami zawierającymi informacje sygnalizacyjne, znanej jako ramka 0.
Timeslot 16 in Frame 0 zawiera multi-frame alignment word(MFAW), wykorzystując bity danych od 1 do 4 i służą do wskazania początku wielu ramek, które są sprawdzane na stacji odbiorczej ( patrz poniższy rysunek ).
Do wskazania można użyć bitu danych 6 distant multi-frame alignment loss(DLMFA). Jak widać, multi-ramka składa się ze wszystkich ramek wymaganych do zakończenia wszystkich operacji mowy i sygnalizacji, tj. 16 ramek i jest znana jakomulti-frame( patrz poniższy rysunek ).
Czas trwania wielu klatek można obliczyć za pomocą następującego wzoru -
Czas trwania wielu ramek = liczba klatek x czas trwania klatki
= 16 x 125 mikrosekund
= 2000 mikrosekund
= 2 milisekundy
Pozostałe kanały nadają się do transmisji głosu lub danych i są znane jako szczeliny czasowe od 1 do 15 i od 17 do 31 i odpowiadają kanałom o numerach od 1 do 30.
FAW = słowo wyrównania ramki
MFAW = Multiframe Alignment Word
DATA = 8-bitowe słowa danych
SIG = szczelina czasowa sygnalizacji CAS
Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH) została opracowana etapami z podstawowego 30-kanałowego systemu PCM (PCM-30).
Jak widać na poniższym rysunku, dostępne są trzy różne systemy hierarchiczne, z których każdy obsługuje różne szybkości łącza i szybkości multipleksowania. W związku z tym wyższe zagregowane szybkości można osiągnąć poprzez zgrupowanie niższych przepływności za pomocą multiplekserów.
Łącza o większej szybkości transmisji wymagają również dodatkowych bitów do ramkowania i sterowania. Na przykład, sygnał 8,4 Mbitów składa się z 4 × 2,048 Mbitów = 8,192 Mbitów, a pozostałe 256 Kbitów jest wykorzystywane do ramkowania i sterowania.
Często w literach nawiązuje się do systemów hierarchii w Europie i Ameryce Północnej ‘E’ dla Europy i ‘T’dla Ameryki Północnej, gdzie poziomy hierarchii są numerowane kolejno. Te poziomy hierarchii można porównać na poniższym rysunku -
| Poziom hierarchii | Przepływność (Mbitów) | Kanały głosowe | |
|---|---|---|---|
| Ameryka północna | T1 | 1.544 | 24 |
| T2 | 6.312 | 96 | |
| T3 | 44,736 | 672 | |
| T4 | 274.176 | 4032 | |
| europejski | E1 | 2.048 | 30 |
| E2 | 8.448 | 120 | |
| E3 | 34,368 | 480 | |
| E 4 | 139,264 | 1920 | |
| Nie określono | 565,148 | 7680 |
Te szybkości transmisji są często skracane odpowiednio do 1,5 MB, 3 MB, 6 MB, 44 MB, 274 MB i 2 MB, 8 MB, 34 MB, 140 MB i 565 MB.
Ponieważ dziedzictwo PDH jest tak ważne w branży telekomunikacyjnej, konieczne stało się uwzględnienie tych szybkości łączy w każdej nowej technologii, która ma zostać wprowadzona, dlatego też wiele szybkości linii PDH jest obsługiwanych przez Synchronous Digital Hierarchy (SDH). Jedynym wyjątkiem jest pominięcie poziomu 8.4 Mbits, który nie ma już praktycznego znaczenia i nie jest obsługiwany przez SDH.
W podstawowym systemie 2 Mb dane są przeplatane bajtami, przy czym każda 8-bitowa szczelina jest przesyłana jedna po drugiej. W przypadku wyższych poziomów hierarchii, strumienie danych są multipleksowane razem bit po bicie. Wadą tego systemu jest to, że przepływność każdego sygnału pomocniczego może różnić się od wartości nominalnej, ponieważ każdy multiplekser ma własne niezależne źródła zegara. Te odchylenia zegara zależą od szybkości łącza i mogą być kompensowane przez zastosowanie technik justowania w paśmie pozostałym po etapie multipleksowania. Szybkość linii określa również kod linii używany do transmisji, jak widać poniżej -
| Przepływność (Mbitów) | Liczba kanałów 64 Kbit | Dopuszczalne odchylenie zegara (ppm) | Kod interfejsu | Preferowany nośnik / kod linii | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Zrównoważony | Współosiowy | Światłowód | ||||
| 2.048 | 30 | ± 50 | JESTEM | HDB3 | ||
| 8.448 | 120 | ± 30 | HDB3 | HDB3 | HDB3 | |
| 34,368 | 480 | ± 20 | HDB3 | HDB3 | 4B3T 2B1Q |
5B6B |
| 139,264 | 1920 | ± 15 | CMI | 4B3T | 5B6B | |
Właściwości PDH
Plezjochroniczny - „Prawie synchroniczny”
Multipleksowanie sygnałów 2 Mbit / s na multipleksowane sygnały wyższego rzędu.
Układanie kabli między lokalizacjami przełączników jest bardzo kosztowne.
Zwiększenie przepustowości kabla poprzez zwiększenie szybkości transmisji.
4 sygnały niższego rzędu zmultipleksowane w jeden sygnał wyższego rzędu na każdym poziomie.
Technologia PDH umożliwia sukcesywne multipleksowanie sygnału z systemów 2 M - 8 M, 8 M - 34 M, 34 M - 140 M i wreszcie 140 M - 565 M.
Istniały również multipleksery „przeskakujące” lub „pomijane”, które umożliwiałyby multipleksowanie 16 2 M sygnałów w sygnał 34 M bez pośredniego poziomu 8 M.
Ograniczenia PDH
Synchronisation- Dane są przesyłane w regularnych odstępach czasu. Przy taktowaniu wyprowadzonym z oscylatora nadajnika dane są próbkowane z taką samą częstotliwością, z jaką są przesyłane.
Dane są przesyłane w regularnych odstępach czasu. Przy taktowaniu wyprowadzonym z oscylatora nadajnika dane są próbkowane z mniejszą częstotliwością niż nadajnik. Jedną z wad PDH było to, że każdy element był synchronizowany niezależnie. Aby dane były prawidłowo odbierane, częstotliwość próbkowania po stronie odbiornika musi być taka sama, jak szybkość transmisji po stronie nadajnika.
Dane są przesyłane w regularnych odstępach czasu. Z taktowaniem pochodzącym z oscylatora nadajnika, dane są próbkowane z większą szybkością niż nadajnik. Gdyby oscylator na końcu odbiornika działał wolniej niż na końcu nadajnika, odbiornik przegapiłby niektóre bity transmitowanego sygnału.
Lub, jeśli zegar odbiornika działał szybciej niż zegar nadajnika, odbiornik dwukrotnie próbkowałby niektóre bity.
Bity uzasadnienia są dodawane do sygnałów niższego rzędu, dzięki czemu mogą być multipleksowane z pojedynczą szybkością. Oscylator sprzętowy jest używany jako źródło taktowania dla procesu adaptacji przepływności na niższym poziomie, a także w trybie multipleksu. Bity uzasadnienia są odrzucane na odebranym końcu, gdy sygnały są demultipleksowane.
Ze względu na zastosowane metody synchronizacji niemożliwe było zdempleksowanie sygnału wyższego rzędu do sygnału pomocniczego najniższego rzędu w jednym urządzeniu. Konieczne było demultipleksowanie na wszystkich poziomach, aby uzyskać dostęp do sygnału, który był upuszczany w danej lokalizacji, a następnie ponownie multipleksować wszystkie inne kanały z powrotem do wyższej szybkości. Oznaczało to, że aby to osiągnąć, na miejscu musiało być dużo sprzętu. Jest to znane jakoPDH Mux Mountain. Cały ten sprzęt zajmował dużo miejsca na budowie, a także zwiększał zapotrzebowanie na części zamienne, które należy przechowywać na budowie.
Brak odporności w sieciach PDH oznaczał, że w przypadku przerwania światłowodu ruch zostałby utracony. Zarządzanie siecią PDH po prostu raportuje alarmy do operatorów NOC. Personel NOC nie ma dostępu do narzędzi diagnostycznych ani naprawczych. Do serwisu należy wysłać inżyniera utrzymania ruchu z minimalną ilością informacji. Każdy element sieci wymaga połączenia z siecią DCN, ponieważ nie istnieją żadne urządzenia do przenoszenia informacji zarządzania przez sieć PDH.
Brak standardów dotyczących połączeń międzysystemowych oznaczał, że nie było możliwe połączenie sprzętu pochodzącego od wielu dostawców. Sprzęt może działać na różnych długościach fal, używać różnych szybkości transmisji lub zastrzeżonych interfejsów optycznych.
Sieci SDH zastąpiły PDH i miały kilka kluczowych zalet.
Zalecenia ITU G.707, G.708 i G.709 stanowią podstawę globalnej sieci.
Sieci korzystają z odporności ruchu, aby zminimalizować straty ruchu w przypadku przerwania światłowodu lub awarii sprzętu.
Wbudowana technologia monitorowania umożliwia zdalną konfigurację i rozwiązywanie problemów z siecią.
Elastyczna technologia pozwala na dostęp dopływowy na każdym poziomie.
Przyszłościowa technologia umożliwia szybsze prędkości transmisji w miarę postępu technologii.
Podczas gdy europejskie sieci PDH nie mogą łączyć się z sieciami amerykańskimi, sieci SDH mogą obsługiwać oba typy. Ten slajd pokazuje, jak porównują się różne sieci PDH i które sygnały mogą być przesyłane w sieci SDH.
SDH - Topologie sieciowe
System linii
Pojedynczy system to system w topologii sieci PDH. Ruch jest dodawany i odrzucany tylko w punktach końcowych sieci. Węzły terminala są używane na końcu sieci do dodawania i odrzucania ruchu.
W każdej sieci SDH możliwe jest użycie węzła zwanego regeneratorem. Ten węzeł odbiera sygnał SDH wyższego rzędu i przesyła go ponownie. Z regeneratora nie jest możliwy dostęp do ruchu niższego rzędu i są one używane tylko do pokonywania dużych odległości między lokalizacjami, gdzie odległość oznacza, że odbierana moc byłaby zbyt mała, aby przenosić ruch.
System pierścieni
System pierścieniowy składa się z kilku multiplekserów add / drop (ADM) połączonych w konfiguracji pierścienia. Dostęp do ruchu można uzyskać w dowolnym ADM wokół pierścienia, a także można go zrzucić na kilka węzłów w celach rozgłoszeniowych.
Sieć pierścieniowa ma również tę zaletę, że zapewnia odporność ruchu, jeśli nie utracę ruchu zerwania światłowodu. Odporność sieci zostanie omówiona bardziej szczegółowo później.
Synchronizacja sieci SDH
Podczas gdy sieci PDH nie były centralnie synchronizowane, sieci SDH są (stąd nazwa synchroniczna hierarchia cyfrowa). Gdzieś w sieci operatorów będzie głównym źródłem odniesienia. To źródło jest rozprowadzane w sieci albo przez sieć SDH, albo przez oddzielną sieć synchronizacji.
Każdy węzeł może przełączyć się na źródła zapasowe, jeśli główne źródło stanie się niedostępne. Definiowane są różne poziomy jakości, a węzeł przełącza się na następne najlepsze źródło jakości, jakie może znaleźć. W przypadkach, gdy węzeł wykorzystuje taktowanie linii przychodzącej, bajt S1 w narzutu MS jest używany do oznaczenia jakości źródła.
Źródłem najniższej jakości dostępnym dla węzła jest generalnie jego wewnętrzny oscylator, w przypadku gdy węzeł przełącza się na swoje własne wewnętrzne źródło zegara, należy to naprawić tak szybko, jak to możliwe, ponieważ węzeł może zacząć generować błędy w czasie.
Ważne jest, aby strategia synchronizacji sieci była starannie zaplanowana, jeśli wszystkie węzły w sieci spróbują zsynchronizować się z sąsiadem po tej samej stronie, uzyskasz efekt zwany pętlą czasową, jak pokazano powyżej. Ta sieć szybko zacznie generować błędy, gdy każdy węzeł będzie próbował się zsynchronizować.
Hierarchia SDH
Poniższy diagram pokazuje, jak jest skonstruowany ładunek, i nie jest tak przerażający, jak na pierwszy rzut oka. Na następnych kilku slajdach wyjaśniono, w jaki sposób konstruowany jest sygnał SDH z ładunków niższego poziomu.
Rama STM-1
Ramka składa się z wierszy 9 narzutów i 261 bajtów danych.
Ramka jest przesyłana wiersz po wierszu, jak pokazano poniżej. Przesyłanych jest 9 bajtów narzutu w wierszu, po których następuje 261 bajtów danych, a następnie przesyłany jest następny wiersz w podobny sposób, aż do przesłania całej ramki. Cała ramka jest przesyłana w ciągu 125 mikrosekund.
Koszty ogólne STM-1
Pierwsze 3 rzędy narzutu nazywane są nagłówkami sekcji przemiennika. Czwarty rząd tworzy wskaźniki AU, a ostatnie 5 wierszy zawiera narzuty sekcji multipleksowej.
Aby wyjaśnić różne typy kosztów ogólnych, rozważ system, w którym ładunek przechodzi przez kilka pośrednich regeneratorów, zanim dotrze do modułu ADM, z którego jest dodawany / usuwany.
Narzuty sekcji repeatera są używane do komunikacji i monitorowania między dowolnymi dwoma sąsiednimi węzłami.
Narzuty sekcji multipleksu są używane do komunikacji i monitorowania między dwoma węzłami, które mają funkcje dodawania / upuszczania, takie jak moduły ADM.
Na niższym poziomie istnieją również narzuty ścieżek, które są dodawane na poziomie dopływu, zostaną one omówione bardziej szczegółowo później.
Monitorowanie różnych alarmów napowietrznych ułatwia zlokalizowanie problemów w sieci. Alarm RS wskazuje na problem po stronie HO SDH między dwoma węzłami, podczas gdy badając alarm MS, można wykluczyć problemy w węzłach regeneratora.
Śledzenie ścieżki SDH
Śledzenie ścieżki może być bardzo przydatne w lokalizowaniu problemów z połączeniami między węzłami. W ramach optycznych ramek między dwoma węzłami mogą występować różne fizyczne połączenia, takie jak spojenia i łaty. Każdy węzeł jest konfigurowany przez operatora sieci do wysyłania unikatowego ciągu, który go identyfikuje.
Każdy węzeł jest również skonfigurowany za pomocą łańcucha, który powinien otrzymać od sąsiedniego węzła.
Jeśli ślad ścieżki odebrany przez węzeł pasuje do tego, którego oczekuje, wszystko jest w porządku.
Jeśli otrzymany ślad ścieżki nie jest zgodny ze śladem, którego oczekuje węzeł, oznacza to problem z połączeniem między węzłami.
Zarządzanie SDH
Kanały DCC zawarte w narzutach sekcji pozwalają na łatwe zarządzanie siecią SDH. System zarządzania siecią podłączony do węzła w sieci może komunikować się z innymi węzłami w sieci za pomocą kanałów DCC. Węzeł, który jest połączony z siecią DCN, jest nazywany węzłem bramy, ponieważ w celu zapewnienia odporności zwykle w sieci znajduje się więcej niż jeden węzeł bramy.
Odporność sieci SDH
W konfiguracji pierścienia ruch jest przesyłany do obu tras wokół pierścienia z pierwotnego modułu ADM (multiplekser Add / Drop). W każdym ADM, gdzie sygnał nie jest upuszczany, po prostu przechodzi. Chociaż ruch odbywa się wokół pierścienia na obu trasach, ale tylko jedna trasa jest używana do wyodrębniania ruchu z odbierającego ADM, ta trasa jestactive routelub ścieżka. Druga trasa jest znana jakostandby route lub ścieżka.
Jeśli na ścieżce aktywnej występuje przerwa w światłowodzie, moduł odbiorczy ADM przełączy się, wykorzystując sygnał alternatywny jako ścieżkę aktywną. Pozwala to na szybkie i automatyczne przywrócenie przepływu ruchu do klientów. Po naprawieniu przerwania światłowodu pierścień nie przełącza się automatycznie z powrotem, ponieważ spowodowałoby to dalsze „uderzenie” w ruch, ale użyje go jako ścieżki rezerwowej na wypadek przyszłej awarii nowej aktywnej ścieżki. MUX, który traci ruch, użyje K bajtów do zasygnalizowania przełącznika zabezpieczającego z powrotem do pierwotnego multipleksera MUX.
Ręczne przełączniki pierścieniowe można również wykonać z centrum zarządzania siecią lub z lokalnych terminali obsługiwanych przez inżynierów.
WDM to technologia umożliwiająca przesyłanie różnych sygnałów optycznych za pomocą jednego włókna. Jego zasada jest zasadniczo taka sama jak w przypadku multipleksowania z podziałem częstotliwości (FDM). Oznacza to, że kilka sygnałów jest transmitowanych przy użyciu różnych nośnych, zajmujących nienakładające się części widma częstotliwości. W przypadku WDM wykorzystywane pasmo widma jest w zakresie 1300 lub 1550 nm, które są dwoma oknami długości fal, w których światłowody mają bardzo małe straty sygnału.
Początkowo każde okno służyło do przesyłania pojedynczego sygnału cyfrowego. Wraz z postępem w zakresie komponentów optycznych, takich jak lasery z rozproszonym sprzężeniem zwrotnym (DFB), wzmacniacze światłowodowe domieszkowane erbem (EDFA) i fotodetektory, wkrótce zdano sobie sprawę, że każde okno nadawcze może w rzeczywistości być wykorzystywane przez kilka sygnałów optycznych, z których każdy zajmuje jeden niewielka przyczepność całego dostępnego okna długości fali.
W rzeczywistości liczba sygnałów optycznych multipleksowanych w oknie jest ograniczona jedynie dokładnością tych elementów. Dzięki obecnej technologii w jedno włókno można zmultipleksować ponad 100 kanałów optycznych. Następnie nazwano technologiędense WDM (DWDM).
Główną zaletą DWDM jest możliwość efektywnego kosztowo zwiększenia przepustowości światłowodu o wiele razy. Duża sieć włókien istniejących na całym świecie może nagle zwielokrotnić swoją pojemność, bez potrzeby długich nowych włókien, co jest kosztownym procesem. Oczywiście do tych włókien należy podłączyć nowy sprzęt DWDM. Mogą być również potrzebne regeneratory optyczne.
Liczba i częstotliwość używanych długości fal jest standaryzowana przez ITU (T). Zastosowany zestaw długości fal jest ważny nie tylko dla interoperacyjności, ale także dla uniknięcia destrukcyjnych zakłóceń między sygnałami optycznymi.
Poniższa tabela przedstawia nominalne, środkowe częstotliwości w oparciu o 50 GHz, minimalny odstęp międzykanałowy zakotwiczony do odniesienia 193,10 THz. Zauważ, że wartość C (prędkość światła) jest równa 2,99792458 x 108 m / sek. do konwersji między częstotliwością a długością fali.
Sieć ITU-T (w paśmie C), ITU (T) Rec. G.692
| Nominalne częstotliwości środkowe (THz) dla rozstawu 50 GHz | Nominalne częstotliwości środkowe (THz) dla rozstawu 100 GHz | Nominalne centralne długości fal (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 w sieci
Typowa sieć SDH będzie miała dwa włókna po każdej stronie każdego węzła, po jednym do transmisji neighbor on i jeden, aby otrzymać od niego neighbor on.
Chociaż posiadanie dwóch włókien między lokacjami nie brzmi zbyt źle, w praktyce prawdopodobnie będzie wiele systemów działających między lokacjami, nawet jeśli nie stanowią one części tej samej sieci.
Ponieważ tylko dwie sieci pokazane są powyżej, potrzebne są teraz cztery włókna między ośrodkami C i D, a układanie między lokalizacjami jest niezwykle kosztowne. Tutaj do gry wkraczają sieci DWDM.
Używając systemu DWDM, ilość włókien wymaganych między lokalizacjami C i D jest zredukowana do jednego włókna. Nowoczesny sprzęt DWDM może multipleksować do 160 kanałów, co stanowi ogromną oszczędność inwestycji w światłowody. Ponieważ sprzęt DWDM działa tylko z sygnałem fizycznym, w ogóle nie wpływa na warstwę SDH sieci. W przypadku sieci SDH sygnał SDH nie jest przerywany ani przerywany. Nadal istnieje bezpośrednie połączenie między witrynami.
Sieci DWDM są niezależne od protokołu. Transportują długości fal światła i nie działają w warstwie protokołu.
Systemy DWDM mogą zaoszczędzić operatorom sieci duże pieniądze podczas układania światłowodów, nawet więcej na dużych odległościach. Za pomocą wzmacniaczy optycznych możliwe jest przesyłanie sygnału DWDM na duże odległości.
Wzmacniacz odbiera sygnał DWDM o wielu długościach fal i po prostu wzmacnia go, aby dotrzeć do następnego miejsca.
Wzmacniacz operacyjny będzie wzmacniał czerwone lub niebieskie lambdy, jeśli wzmacnia czerwone lambdy, usunie odebrane niebieskie kanały i odwrotnie. Aby wzmocnić w obu kierunkach, wymagany jest jeden z obu typów wzmacniacza.
Aby system DWDM działał w zadowalający sposób, długości fal dochodzących do wzmacniacza optycznego powinny być wyrównane.
Obejmuje to ustawienie wszystkich przychodzących źródeł optycznych do systemu DWDM na podobne poziomy mocy optycznej. Długości fal, które nie zostały wyrównane, mogą powodować błędy podczas przesyłania ruchu.
Urządzenia DWDM niektórych producentów pomagają technikom terenowym, mierząc moce optyczne kanałów wejściowych i zalecając, które kanały wymagają regulacji mocy.
Wyrównywanie długości fal można przeprowadzić na kilka sposobów; Pomiędzy ramą zarządzania światłowodem a łącznikiem DWDM można zamontować zmienny tłumik optyczny - inżynier może regulować sygnał po stronie łącznika DWDM.
Alternatywnie, urządzenie źródłowe może mieć nadajniki optyczne o zmiennym wyjściu, co pozwala inżynierowi na regulację mocy optycznej za pomocą oprogramowania w urządzeniu źródłowym.
Niektóre łączniki DWDM mają wbudowane tłumiki dla każdego odbieranego kanału, inżynier może dostosować każdy kanał w punkcie dostępowym DWDM.
Gdy przez światłowód przechodzi wiele częstotliwości światła, może wystąpić stan znany jako mieszanie czterofalowe. We włóknie generowane są nowe długości fal światła o długościach / częstotliwościach określonych przez częstotliwość pierwotnych długości fal. Częstotliwość nowych długości fal jest określona wzorem f123 = f1 + f2 - f3.
Obecność długości fal może niekorzystnie wpływać na stosunek sygnału optycznego do szumu w światłowodzie i wpływać na BER ruchu na danej długości fali.
KOMPONENTY WDM
Komponenty WDM są oparte na różnych zasadach optyki. Poniższy rysunek przedstawia pojedyncze łącze WDM. Jako nadajniki używane są lasery DFB, po jednym na każdą długość fali. Multiplekser optyczny łączy te sygnały w światłowodzie transmisyjnym. Wzmacniacze optyczne służą do pompowania mocy sygnału optycznego w celu kompensacji strat w systemie.
Po stronie odbiornika optyczne demultipleksery oddzielają każdą długość fali, która ma być dostarczona do odbiorników optycznych na końcu łącza optycznego. Sygnały optyczne są dodawane do systemu przez optyczne moduły ADM (OADM).
Te urządzenia optyczne są równoważne z cyfrowymi modułami ADM, które przygotowują i rozdzielają sygnały optyczne wzdłuż ścieżki transmisji. OADM są zwykle wykonane z siatkowych siatek falowodowych (AWG), chociaż zastosowano również inne technologie optyczne, takie jak siatki światłowodowe.
Kluczowym elementem WDM jest przełącznik optyczny. To urządzenie może przełączać sygnały optyczne z danego portu wejściowego do danego portu wyjściowego. Jest to odpowiednik elektronicznej poprzeczki. Switche optyczne pozwalają na budowę sieci optycznych, dzięki czemu dany sygnał optyczny może zostać skierowany w odpowiednie miejsce.
Innym ważnym elementem optycznym jest konwerter długości fali. Konwerter długości fali to urządzenie, które przekształca sygnał optyczny o danej długości fali na inny sygnał o innej długości fali, zachowując tę samą zawartość cyfrową. Ta funkcja jest ważna dla sieci WDM, ponieważ zapewnia większą elastyczność w trasowaniu sygnałów optycznych w sieci.
OPTYCZNE SIECI TRANSPORTOWE
Sieci WDM są konstruowane poprzez łączenie węzłów połączenia falowego (WXC) w określonej wybranej topologii. WXC są realizowane przez multipleksery i demultipleksery długości fal, przełączniki i konwertery długości fal.
Poniższy rysunek przedstawia ogólną architekturę węzłów WXC.
Sygnały optyczne, zmultipleksowane w tym samym włóknie, docierają do optycznego demultipleksera. Sygnał jest rozkładany na kilka nośnych długości fali i wysyłany do banku przełączników optycznych. Przełączniki optyczne kierują sygnały o kilku długościach fali do banku danych wyjściowych.
Multipleksery, w których sygnały są multipleksowane i wprowadzane do wychodzących włókien światłowodowych w celu transmisji. Między przełącznikiem optycznym a multiplekserami wyjściowymi mogą być stosowane konwertery długości fal, aby zapewnić większą elastyczność trasowania. WXC były badane od wielu lat. Trudności związane z WXC to przesłuch i współczynnik ekstynkcji.
Węzeł połączeń krzyżowych długości fal
Optyczne sieci transportowe (OTN) to sieci WDM zapewniające usługi transportowe za pośrednictwem ścieżek świetlnych. Droga światła to rura o dużej przepustowości, przenosząca dane z prędkością do kilku gigabitów na sekundę. Prędkość ścieżki światła zależy od technologii elementów optycznych (lasery, wzmacniacze optyczne itp.). Obecnie osiągalne są szybkości rzędu STM-16 (2488,32 Mb / s) i STM-64 (9953,28 Mb / s).
OTN składa się z węzłów WXC oraz systemu zarządzania, który kontroluje konfigurację i dezaktywację ścieżek świetlnych poprzez funkcje nadzorcze, takie jak monitorowanie urządzeń optycznych (wzmacniacz, odbiorniki), usuwanie usterek i tak dalej. Konfigurowanie i niszczenie ścieżek świetlnych ma być wykonywane w dużej skali czasu, na przykład godzin lub nawet dni, biorąc pod uwagę, że każda z nich zapewnia przepustowość sieci szkieletowej.
W zależności od świadczonych usług transportowych istnieje duża elastyczność w sposobie wdrażania OTN. Jednym z powodów tej elastyczności jest to, że większość elementów optycznych jest przezroczysta dla kodowania sygnału. Tylko na granicy warstwy optycznej, gdzie sygnał optyczny musi zostać przekształcony z powrotem w domenę elektroniczną, ma znaczenie kodowanie.
Zatem przezroczyste usługi optyczne do obsługi różnych starszych technologii sieci elektronicznych, takich jak SDH, ATM, IP i Frame Relay, działające na warstwie optycznej, są prawdopodobnym scenariuszem w przyszłości.
Warstwa optyczna jest dalej podzielona na trzy podwarstwy -
Sieć warstwy kanałów optycznych, która łączy się z klientami OTN, udostępniając kanały optyczne (OCh).
Optyczna sieć wielowarstwowa, która multipleksuje różne kanały w jeden sygnał optyczny.
Sieć warstwy sekcji transmisji optycznej, która zapewnia transmisję sygnału optycznego przez światłowód.
FORMAT RAMKI OTN
Podobnie jak w przypadku użycia ramki SDH, oczekuje się, że dostęp do OCh będzie odbywał się przez ramkę OC, która jest obecnie zdefiniowana. Podstawowy rozmiar ramki odpowiada prędkości STM-16 lub 2488,32 Mb / s, co stanowi podstawowy sygnał OCh. Poniższy rysunek przedstawia możliwy format ramki OCh.
Ramka kanału optycznego
Najbardziej lewy region ramki (pokazany na poniższym rysunku ) jest zarezerwowany dla bajtów narzutu. Te bajty mają być używane dla funkcji OAM i P, podobnie jak omówione wcześniej bajty narzutu ramki SDH.
Jednak prawdopodobnie obsługiwane będą dodatkowe funkcje, takie jak zapewnienie ciemnych włókien (rezerwacja długości fali między dwoma punktami końcowymi dla jednego użytkownika) i APS oparty na długości fali. Najbardziej prawy obszar ramki jest zarezerwowany dla schematu korekcji błędów w przód (FEC), który ma być wykonywany na wszystkich danych. FEC na optycznej warstwie transmisyjnej zwiększa maksymalną długość rozpiętości i zmniejsza liczbę repeaterów. Można użyć kodu Reeda-Solomona.
W domenie optycznej należy zmultipleksować ze sobą kilka OCh, aby utworzyć optyczny sygnał multipleksera (OMS). Jest to analogiczne do multipleksowania kilku ramek STM-1 do formatu ramki STM-N SDH. Wiele OCh może być multipleksowanych w celu utworzenia OMS.
Optyczny sygnał klienta jest umieszczony w sygnale ładunku OCh. Sygnał klienta nie jest ograniczony przez format ramki OCh. Zamiast tego sygnał klienta musi być tylko sygnałem cyfrowym o stałej przepływności. Jego format również nie ma znaczenia dla warstwy optycznej.
PIERŚCIENIE WDM
Pod względem koncepcyjnym pierścień WDM niewiele różni się od pierścienia SDH. WXC są połączone w topologii pierścienia, podobnie jak moduły ADM SDH w pierścieniu SDH. Główna różnica architektoniczna między pierścieniem SDH a pierścieniem WDM jest zakorzeniona w możliwościach WXC w zakresie przełączania i konwersji długości fal.
Funkcje te można na przykład wykorzystać do zapewnienia poziomów ochrony bez równoległości w technologii SDH. Innymi słowy, oprócz ochrony ścieżki i linii można zapewnić ochronę długości fali lub ścieżki światła.
Protokoły optycznego APS są tak złożone, jak APS SDH. Ochrona może być zapewniona na poziomie OCh lub na poziomie sekcji multipleksu optycznego / sekcji transmisji optycznej. Niektóre dodatkowe funkcje ochrony można zaimplementować bez połączenia równoległego w pierścieniach SDH. Na przykład uszkodzona ścieżka światła (np. Awaria lasera) może zostać naprawiona poprzez konwersję sygnału optycznego z danej długości fali na inną, unikając przekierowania sygnału.
Jest to równoważne przełączaniu zakresu w SDH, z tą różnicą, że nawet dwa pierścienie światłowodowe WDM mogą zapewnić taką możliwość ochrony OCh. Jednak w warstwie OMS ochrona przęsła będzie wymagała czterech pierścieni włóknistych, tak jak w SDH. Te dodatkowe funkcje niewątpliwie wprowadzą dodatkową złożoność w protokołach APS warstwy optycznej.
Gdy pierścień WDM jest aktywny, ścieżki światła muszą być ustanowione zgodnie ze wzorcem ruchu, który ma być obsługiwany.
SIECI MESH WDM
Siatkowe sieci WDM są zbudowane z tych samych elementów optycznych, co pierścienie WDM. Jednak protokoły używane w sieciach kratowych różnią się od protokołów używanych w pierścieniach. Na przykład ochrona w sieciach kratowych jest bardziej złożoną propozycją, podobnie jak problem routingu i przypisywania długości fal w sieciach kratowych WDM.
Sieci kratowe prawdopodobnie będą stanowić infrastruktury szkieletowe łączące pierścienie WDM. Oczekuje się, że niektóre z tych połączeń będą optyczne, co pozwoli uniknąć optycznych / elektronicznych wąskich gardeł i zapewnić przejrzystość. Inni będą wymagać konwersji sygnału optycznego na domenę elektroniczną w celu zarządzania monitorowaniem i być może w celach rozliczeniowych. Poniższy rysunek przedstawia sieć WDM.
Infrastructure - Na tym rysunku pokazano trzy następujące warstwy topologii -
- Dostęp do sieci
- Sieć regionalna
- Sieć szkieletowa
Infrastruktura sieci WDM
Uwzględniono zarówno pierścienie SDH, jak i pasywne sieci optyczne (PON) jako sieci dostępowe. Oparte są na ogół na magistrali lub w topologii gwiazdy, a do koordynowania transmisji między użytkownikami używany jest protokół kontroli dostępu do medium (MAC). W takich sieciach nie ma funkcji routingu.
Te architektury są praktyczne dla sieci obsługujących co najwyżej kilkaset użytkowników na krótkich odległościach. Chociaż sieci PON są sieciami tańszymi niż pierścienie WDM, ze względu na brak aktywnych komponentów i funkcji, takich jak routing długości fali, lasery niezbędne w źródłach PON sprawiają, że pierwsza generacja takiego sprzętu jest nadal droższa niż pierścienie SDH. Sprzyja to rozwiązaniu SDH na poziomie sieci dostępowej, przynajmniej w najbliższej przyszłości.
Sieci szkieletowe zawierają aktywne komponenty optyczne, dzięki czemu zapewniają takie funkcje, jak konwersja długości fal i routing. Sieci szkieletowe będą musiały w jakiś sposób łączyć się ze starszymi technologiami transportowymi, takimi jak ATM, IP, PSTN i SDH.
Ogólny scenariusz przedstawiono na poniższym rysunku. Na rysunku występuje kilka typów interfejsów.
Nakładanie sieci transportowej WDM przenoszącej ruch ATM / IP.
Enkapsulacja ramki SDH
Ramka OCh musi być zdefiniowana, aby można było łatwo wykonać hermetyzację ramki SDH. Na przykład cały STM-16xc musi być przenoszony jako ładunek OCh. Jeśli używany jest podstawowy kanał optyczny STM-16, może nie być możliwe kapsułkowanie SDH-16xc w kanale optycznym STM-16 ze względu na bajty narzutu OCh.
Format ramki OCh jest obecnie definiowany. Poniższy rysunek ilustruje hermetyzację ramki SDH do ramki OCh.
Interfejsy SDH do WDM
Sprzęt WDM z fizycznymi interfejsami SDH będzie dostarczał sygnały optyczne do urządzeń SDH. Te interfejsy muszą zapewniać zgodność wsteczną z technologią SDH. Dlatego urządzenie SDH nie musi być świadome technologii WDM używanej do przesyłania jego sygnału (np. Urządzenie może należeć do pierścienia BLSR / 4).
W takim przypadku WXC spadnie i doda do medium optycznego długość fali pierwotnie używaną w pierścieniu SDH. W ten sposób warstwy WDM i SDH są całkowicie odsprzężone, co jest niezbędne do współdziałania WDM ze starszym sprzętem SDH.
To nakłada dodatkowe ograniczenia na wybór długości fal w warstwie optycznej, ponieważ długość fali ostatniego przeskoku, ta, która łączy się z urządzeniem SDH, musi być taka sama, jak używana przez urządzenie SDH do zakończenia ścieżki optycznej, jeśli konwersja długości fali nie jest zapewniona. w urządzeniu SDH.
Łącze WDM
| Technologia | Wykrycie | Przywrócenie | Detale | |
|---|---|---|---|---|
| WDM | WDM-OMS / OCH | 1-10 ms | 10-30 ms | Pierścień / PP |
| SDH | SDH | 0,1 ms | 50 ms | Pierścień |
| SOA 1 + 1 | 0,1 ms | 50 ms | PP | |
| bankomat | FDDI | 0,1 ms | 10 ms | Pierścień |
| STM | 0,1 ms | 100 ms | ||
| ATM PV-C / P 1 + 1 | 0,1 ms | 10 msxN | Czuwanie N = # przeskoków | |
| ATM PNNI SPV-C / P, SV-C / P | 40s | 1-10s | ||
| IP | Border Gateway Protocol | 180 ms | 10-100 s | |
| Protokół routingu bramy wewnętrznej i E-OSPF | 40s | 1-10s | ||
| System pośredni | 40s | 1-10s | ||
| Routing Internet Protocol | 180s | 100s |
Zgodnie z powyższą tabelą, chociaż przywracanie jest szybsze w technologii WDM niż w technologii SDH, wykrywanie awarii w WDM jest wolniejsze. Bezpieczniejsza nakładka mechanizmów ochrony WDM / SDH wymaga szybszego schematu ochrony WDM. Alternatywnie, APS SDH można sztucznie spowolnić, jeśli klienci SDH mogą sobie pozwolić na obniżenie wydajności spowodowane takimi procedurami.
Niepotrzebne odzyskiwanie po awarii w wyższych warstwach może spowodować niestabilność trasy i zatory w ruchu; stąd należy go unikać za wszelką cenę. Testy trwałości błędów mogą być stosowane w wyższych warstwach, aby uniknąć wczesnej reakcji na awarie w niższych warstwach.
Odzyskiwanie po awarii w podwarstwie OMS może zastąpić procedury odtwarzania kilku wystąpień sygnałów SDH obsługiwanych przez warstwę optyczną. W ten sposób potencjalnie duża liczba klientów SDH jest oszczędzona przed uruchamianiem procedur odzyskiwania po awarii w swoich warstwach. Dlatego pojedyncze odtworzenie po awarii w optycznej podwarstwie OMS może zaoszczędzić setki.
Ewolucja w kierunku całkowicie optycznej sieci transportowej
Ewolucja w kierunku całkowicie optycznej sieci WDM będzie prawdopodobnie następować stopniowo. Najpierw urządzenia WXC zostaną podłączone do istniejących światłowodów. W łączu optycznym mogą być potrzebne dodatkowe komponenty, takie jak EDFA, w celu dostosowania starszych łączy światłowodowych do technologii WDM. WXC będą współpracować ze starszym sprzętem, takim jak SDH i FDDI (FDDI).
Zaletą całkowicie optycznej przezroczystej sieci transportowej jest to, że prawdopodobnie nastąpi transfer funkcji SDH do warstwy powyżej (IP / ATM) lub poniżej (WDM) SDH, przynosząc oszczędności pod względem możliwości modernizacji i utrzymania sieci. Taka reorganizacja warstwy może wpłynąć na sieci transportowe, zakładając, że ruch w czasie rzeczywistym, w tym głos, jest pakietowany (IP / ATM). Może to doprowadzić do zaniku sygnałów SDH VC.
Kluczową kwestią byłoby wtedy, jak najbardziej efektywnie pakować pakiety do SDH lub nawet bezpośrednio do ramek OCh. Niezależnie od pojawiającej się nowej metody enkapsulacji, zgodność wsteczna z hermetyzacją IP / PPP / HDLC i ATM jest koniecznością.
DWDM wykorzystuje zestaw długości fal optycznych (lub kanałów) około 1553 nm z odstępem międzykanałowym 0,8 nm (100 GHz), każda długość fali może przenosić informacje do 10 Gb / s (STM 64). W jednym włóknie można łączyć i przesyłać ponad 100 takich kanałów. Podejmowane są wysiłki, aby jeszcze bardziej ścisnąć kanały i zwiększyć szybkość transmisji danych na każdym kanale.
Eksperymentalnie transmisja 80 kanałów, z których każdy przenosi 40 Gb / s (co odpowiada 3,2 Tb / s) na pojedynczym włóknie, została pomyślnie przetestowana na długości 300 km. Wdrożenie sieci optycznej DWDM typu punkt-punkt i pierścieniowej wymaga nowszego typu elementów sieciowych, które mogą manipulować sygnałami w biegu bez kosztownej konwersji OEO. Wzmacniacze optyczne, filtry, multipleksery optyczne, demultipleksery i skrosowane połączenia optyczne to tylko niektóre z podstawowych elementów sieci. MEMS odgrywa ważną rolę w projektowaniu i rozwoju takich elementów sieci.
MEMS to akronim od Micro Electro Mechanical Systems. Służy do tworzenia ultra-zminiaturyzowanych urządzeń o wymiarach od kilku mikronów do kilku centymetrów. Są one dość podobne do układów scalonych, ale z możliwością integracji ruchomych części mechanicznych na tym samym podłożu.
Technologia MEMS ma swoje korzenie w branży półprzewodników. Są one wytwarzane przy użyciu procesu produkcji seryjnej, podobnego do VLSI. Typowy MEMS to zintegrowany mikrosystem na chipie, który oprócz elementów elektrycznych, optycznych, płynnych, chemicznych i biomedycznych może zawierać ruchome części mechaniczne.
Funkcjonalnie MEMS obejmuje różnorodne mechanizmy transudacji do konwersji sygnałów z jednej formy energii na inną.
Można zintegrować wiele różnych typów mikrosensorów i mikro-siłowników, z przetwarzaniem sygnałów, podsystemami optycznymi i mikroobliczeniami, tworząc kompletny system funkcjonalny na chipie. Cechą charakterystyczną MEMS jest umieszczanie ruchomych części mechanicznych na tym samym podłożu.
Dzięki niewielkim gabarytom możliwe jest zastosowanie MEMS w miejscach, w których praktycznie niemożliwe jest zamontowanie urządzeń mechanicznych; np. wewnątrz naczynia krwionośnego ciała ludzkiego. Czas przełączania i odpowiedzi urządzeń MEMS jest również krótszy niż konwencjonalnych maszyn i zużywają one mniej energii.
Zastosowanie MEMS
Dziś MEMS znajdują zastosowanie w każdej dziedzinie. Telekomunikacja, nauki biologiczne i czujniki są głównymi beneficjentami. Czujniki ruchu, przyspieszenia i stresu oparte na MEMS są masowo rozmieszczane w samolotach i statkach kosmicznych, aby zwiększyć bezpieczeństwo i niezawodność. Satelity Pico (ważące około 250 g) są opracowywane jako urządzenia kontrolne, komunikacyjne i nadzorujące. Wykorzystują one systemy oparte na MEMS jako ładunek, a także do sterowania orbitalnego. MEMS są używane w dyszach drukarek atramentowych i głowicach odczytu / zapisu dysków twardych. Przemysł motoryzacyjny wykorzystuje MEMS w „układach wtrysku paliwa” i czujnikach poduszek powietrznych.
Inżynierowie projektanci umieszczają MEMS w swoich nowych projektach, aby poprawić wydajność swoich produktów. Zmniejsza koszty i czas produkcji. Integracja wielu funkcji z MEMS zapewnia wyższy stopień miniaturyzacji, mniejszą liczbę komponentów i zwiększoną niezawodność.
Techniki projektowania i wytwarzania
W ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci przemysł półprzewodników osiągnął dojrzałość. Rozwój MEMS jest w dużej mierze korzystny dzięki tej technologii. Początkowo techniki i materiały wykorzystywane do projektowania i wytwarzania układów scalonych (IC) były wypożyczane bezpośrednio do rozwoju MEMS, ale obecnie opracowuje się wiele technik wytwarzania specyficznych dla MEMS. Mikroobróbka powierzchniowa, mikroobróbka luzem, głęboko reaktywne trawienie jonowe (DRIE) i mikro-formowanie to tylko niektóre z zaawansowanych technik wytwarzania MEMS.
Używając micromachining method, różne warstwy polikrzemu, zwykle o grubości 1-100 mm, są osadzane w celu utworzenia trójwymiarowej struktury zawierającej metalowe przewodniki, lustra i warstwy izolacyjne. Precyzyjny proces wytrawiania wybiórczo usuwa warstwę podkreślającą (warstwę protektorową), pozostawiając powłokę określaną jako warstwa strukturalna zdolna do ruchu mechanicznego.
Surface micromachiningsłuży do produkcji różnych urządzeń MEMS w ilościach handlowych. Warstwy polikrzemu i metalu można zobaczyć przed i po procesie wytrawiania.
Bulk micromachiningto kolejny szeroko stosowany proces tworzenia funkcjonalnych komponentów dla MEMS. Pojedynczy kryształ krzemu jest modelowany i kształtowany, aby utworzyć precyzyjne trójwymiarowe części, takie jak kanały, koła zębate, membrany, dysze itp. Te komponenty są zintegrowane z innymi częściami i podsystemami, aby wytworzyć całkowicie funkcjonalne MEMS.
Niektóre znormalizowane bloki konstrukcyjne do przetwarzania MEMS i komponenty MEMS to procesy MEMS dla wielu użytkowników (MUMP). To są podstawy platformy, która prowadzi do podejścia specyficznego dla aplikacji do MEMS, bardzo podobnego do podejścia specyficznego dla aplikacji (ASIC), które odniosło tak duży sukces w branży układów scalonych.
Wszystkie optyczne sieci DWDM i MEMS
Dzisiejsi eksperci ds. Telekomunikacji stoją przed bezprecedensowym wyzwaniem, jakim jest dostosowanie do coraz większej liczby usług szerokopasmowych w sieciach telekomunikacyjnych. Zapotrzebowanie na przepustowość rośnie wykładniczo ze względu na ekspansję Internetu i usług internetowych. Pojawienie się multipleksowania z podziałem na gęstą falę (DWDM) rozwiązało ten technologiczny niedobór i całkowicie zmieniło ekonomikę rdzeniowej sieci optycznej.
DWDM wykorzystuje zestaw optycznych długości fal (lub kanałów) około 1553 nm z odstępem międzykanałowym 0,8 nm (100 GHz), każda długość fali może przenosić informacje do 10 Gb / s (STM 64). W jednym włóknie można łączyć i przesyłać ponad 100 takich kanałów. Podejmowane są wysiłki, aby jeszcze bardziej ścisnąć kanały i zwiększyć szybkość transmisji danych na każdym kanale.
Eksperymentalnie transmisja 80 kanałów, z których każdy przenosi 40 Gb / s (co odpowiada 3,2 Tb / s) na pojedynczym włóknie, została pomyślnie przetestowana na długości 300 km. Wdrożenie sieci optycznej DWDM typu punkt-punkt i pierścieniowej wymaga nowszego typu elementów sieciowych, które mogą manipulować sygnałami w biegu bez kosztownej konwersji OEO. Wzmacniacze optyczne, filtry, multipleksery optyczne, demultipleksery i skrosowane połączenia optyczne to tylko niektóre z podstawowych elementów sieci. MEMS odgrywa ważną rolę w projektowaniu i rozwoju takich elementów sieci. Omówimy szczegółowo Optical Add Drop Mux (OADM) i Optical Cross Connect (OXC).
Przełom w przełączaniu optycznym
Praktyczny przełącznik optyczny oparty na MEMS został zademonstrowany przez naukowców z Bell Labs w 1999 roku. Działa on jak huśtawka z pozłacanym mikroskopijnym lustrem na jednym końcu. Siła elektrostatyczna pociąga drugi koniec drążka w dół, podnosząc lustro, które odbija światło pod odpowiednim kątem. W ten sposób przychodzące światło przemieszcza się z jednego włókna do drugiego.
Sukces technologiczny jest w istocie elementem składowym różnych urządzeń i systemów, takich jak multipleksery dodawania / upuszczania długości fali, optyczne przełączniki konfiguracyjne, optyczne połączenia krzyżowe i korektory sygnału WDM.
Optyczny multiplekser dodawania kropli
Podobnie jak w przypadku pierścieniowych sieci SDH / SONET, w pełni optyczne sieci oparte na DWDM zaczynają się rozwijać. Przewaga sieci pierścieniowej nad siecią kratową została już potwierdzona przez projektantów sieci SDH. W pierścieniu całkowicie optycznym szerokości pasma (ls) można zarezerwować w celu ochrony. Optyczne multipleksery Add Drop (OADM) są funkcjonalnie podobne do multiplekserów SDH / SONET Add Drop (ADM). Grupa wybranych długości fal (ls) może zostać dodana lub usunięta z sygnału świetlnego o wielu długościach fal. OADM eliminuje kosztowną konwersję OEO (optyczna na elektryczną iz powrotem).
Dwuwymiarowa macierz przełączników optycznych, jak opisano powyżej, jest używana do wytwarzania takich OADM, które zapewniają bardzo małą elastyczność. Z drugiej strony, rekonfigurowalne multipleksery Add Drop (R-OADM) zapewniają pełną elastyczność. Można uzyskać dostęp do każdego z przechodzących kanałów, usunąć je lub dodać nowe kanały. Długość fali określonego kanału można zmienić, aby uniknąć blokowania. Przełączniki optyczne lub OADM tego rodzaju są znane jako przełączniki 2D lub N2, ponieważ liczba wymaganych elementów przełączających jest równa kwadratowi liczby portów, a światło pozostaje w płaszczyźnie tylko dwóch wymiarów.
Ośmioportowy OADM wymaga 64 pojedynczych mikro-lusterek sterowanych na urządzeniu MEMS. Jest to dość podobne do przełączników typu „cross bar” stosowanych w centralach telefonicznych.
Tego rodzaju przełączniki optyczne przeszły rygorystyczne testy mechaniczne i optyczne. Średnia strata wtrąceniowa jest mniejsza niż 1,4 db z doskonałą powtarzalnością ± 0,25 db przez 1 milion cykli. OADM typu 2D / N2 o konfiguracji większej niż 32 × 32 (1024 przełączane lustra) stają się praktycznie niemożliwe do zarządzania i nieekonomiczne. Do tworzenia większych konfiguracji używa się wielu warstw mniejszych struktur przełączników.
Optyczne połączenie krzyżowe
T Ograniczenie przełącznika optycznego typu 2D zostało pokonane przez jeszcze innowacyjną technologię przełączania optycznego firmy Bell Labs. Jest popularnie znany jako‘Free Space 3-D MEMS’ lub ‘Light Beam Steering’. Wykorzystuje szereg dwuosiowych mikro-lusterek jako przełącznika optycznego. Mikrozwierciadło montowane jest na jednej z osi zestawu połączonych krzyżowo pierścieni gimbala za pomocą zestawu sprężyn skrętnych. Taki układ umożliwia przemieszczanie się lustra wzdłuż dwóch prostopadłych osi pod dowolnym pożądanym kątem. Lustro jest uruchamiane siłą elektrostatyczną przyłożoną w czterech kwadrantach poniżej lustra. Cała jednostka mikrozwierciadła jest replikowana przy użyciu technologii MEMS, tworząc „strukturę przełączników” składającą się ze 128 lub 256 mikro-luster.
Szereg skolimowanych włókien wejściowych jest dopasowany do zestawu zwierciadeł, które mogą przekierować światło, przechylając zwierciadło w osi X i Y do drugiego zestawu zwierciadeł ustawionych do skolimowanych włókien wyjściowych. Precyzyjnie ustawiając zwierciadło na światłowodzie wejściowym i wyjściowym można uzyskać pożądane połączenie świetlne. Ten proces nazywa się „sterowaniem wiązką światła”.
Czas przełączania przełącznika 3D MEMS jest krótszy niż 10 ms, a mikro-lustra są wyjątkowo stabilne. Łączniki optyczne oparte na tej technologii oferują różne unikalne zalety w porównaniu z łącznikami krzyżowymi typu OEO. OXC charakteryzują się dużą pojemnością, skalowalnością, naprawdę szybkością transmisji danych i niezależnością od formatu danych. Inteligentnie kieruje kanały optyczne bez kosztownej konwersji OEO. Niskie rozmiary i pobór mocy to dodatkowe zalety całkowicie optycznej technologii przełączania.
Wczesne systemy WDM przesyłały dwie lub cztery długości fal, które były szeroko rozstawione. WDM i technologie „następcze” CWDM i DWDM ewoluowały znacznie poza to wczesne ograniczenie.
WDM
Tradycyjne, pasywne systemy WDM są szeroko rozpowszechnione, a liczba kanałów 2, 4, 8, 12 i 16 to normalne wdrożenia. Ta technika ma zwykle ograniczenie odległości do mniej niż 100 km.
CWDM
Obecnie zgrubny WDM (CWDM) wykorzystuje zwykle odstępy 20 nm (3000 GHz) do 18 kanałów. Zalecenie CWDM ITU-T G.694.2 zapewnia siatkę długości fal dla odległości docelowych do około 50 km na światłowodach jednomodowych, zgodnie z zaleceniami ITU-T G.652, G.653 i G.655. Siatka CWDM składa się z 18 długości fal zdefiniowanych w zakresie od 1270 nm do 1610 nm w odstępach 20 nm.
DWDM
Gęsty wspólny odstęp WDM może wynosić 200, 100, 50 lub 25 GHz z liczbą kanałów dochodzącą do 128 lub więcej kanałów na odległościach kilku tysięcy kilometrów ze wzmocnieniem i regeneracją wzdłuż takiej trasy.