Оптические повторители осуществляют детектирование оптических сигналов, преобразование их в электрические сигналы, полное восстановление сигнала в электрической форме и дальнейшую ретрансляцию в виде оптических сигналов. Оптические повторители - относительно сложные и дорогие устройства, поскольку в состав оптического повторителя входят оптический приемник, электрический регенератор и передатчик.
Для снижения стоимости ОЕО регенераторов большое число оптических повторителей объединяют в одну фотонную интегральную схему, содержащую также оптический мультиплексор, демультиплексор и электронные переключатели каналов.
В будущих сетях дальней связи предполагается использовать полностью оптические регенераторы, выполняющие операции восстановления параметров сигнала нелинейно-оптическими методами без преобразования в электрический сигнал. Предложено несколько способов осуществления полностью оптического восстановления сигналов, основанных на фазовой самомодуляции сигналов в оптических волокнах или канальных волноводах, на фазовой кроссмодуляции, на четырехволновом смешении и на нелинейном насыщении.
.2.6 Усилитель
Применяется в волоконно-оптических линиях
передачи для восстановления уровня оптического сигнала. Преимуществом эрбиевых
усилителей является отсутствие преобразования в электрический сигнал,
возможность одновременного усиления сигналов с разными длинами волн (что
обуславливает возможность усиления спектрально-мультиплексированного сигнала),
практически точное соответствие рабочего диапазона эрбиевых усилителей области
минимальных оптических потерь световодов на основе кварцевого стекла,
сравнительно низкий уровень шума и простота включения в волоконно-оптическую
систему.
.3 Современные цифровые технологии передачи
информации
Развитие телекоммуникаций идет ускоренными темпами. Получили широкое развитие современные цифровые технологии передачи данных, к которым можно отнести ATM, Frame Relay, IP, ISDN, PCM, PDH, SDH и WDM. Причем такие технологии, как АТМ, ISDN, PCM, PDH, SDH и WDM можно отнести к технологии глобальных сетей (ГС), или к магистральным технологиям передачи данных.
Технологии ГС основаны на коммутации цепей, они используют предварительное установление соединения. С другой стороны, они относятся к магистральным технологиям, т.е. технологиям, способным передавать данные между ЛВС, районами, городами, зонами/регионами и государствами, использующих развитую адресацию на основе стандарта ITU-T E.164.
Технология IP - пакетная, неотъемлемый атрибут сети Internet и яркий пример сетевой технологии ЛВС, все шире и шире используется для передачи пакетизированного голосового трафика по сети Internet. Благодаря наличию маршрутизаторов и шлюзов в сети общего пользования, IP-телефония может рассматриваться как глобальная магистральная технология. Успех ее обусловлен следующим:
наличием сформированной среды передачи -Internet, абонентами которой
являются миллионы;
низкими тарифами на использование сети для голосовой связи по сравнению с соответствующими тарифами традиционной междугородной и международной связи;
универсальностью услуг сети: передача голоса, данных, видео и мультимедиа (любого уровня);
универсальностью и доступностью терминального оборудования, устанавливаемого у клиента (ПК + модем);
доступностью и простотой установки ПО у конечного пользователя;
возможностью использовать все виды доступа в Internet (ТфОП, выделенный канал, радиорелейная и спутниковая связь).
Технология Frame Relay - пакетная технология КС (первый стандарт ITU-T (МСЭ-Т) относится к 1988 г.), пришедшая на смену технологии X.25. Удобное средство получения дешевых универсальных услуг по передаче голоса (VoFR), факса и данных, используя относительно небольшой (16-32 кбит/с) зарезервированный или коммутируемый виртуальный канал пакетной передачи. Эта технология используется достаточно широко, благодаря следующим возможностям:
интегрированный сервис на скоростях до Е3/Т3 (34/45 Мбит/с);
доступ в синхронную сеть асинхронных пользователей с помощью устройств доступа FRAD;
уровень качества обслуживания/сервиса QoS;
экономия средств за счет оптимально выбранной арендуемой полосы.
Эта технология не имеет развитых средств адресации, необходимых для магистральных сетевых технологий, но, будучи универсальной технологией доступа, близкой к технологии АТМ (виртуальная адресация PVC-SVC), может рассматриваться интегрировано с транспортной технологией ATM, как технология глобальных сетей.
Технология АТМ - пакетная, задуманная как универсальная широкополосная технология (широкополосная ISDN - BISDN), способная передавать любой тип трафика путем инкапсуляции его информационного содержимого в поле полезной нагрузки ячейки АТМ. (Первые стандарты также относятся к 1988 г.).
Эта технология может быть полностью отнесена к магистральным, но она не является транспортной, так как не имеет в своей OSI-модели физического уровня. В результате она должна использовать какую-то глобальную транспортную технологию, например PDH, SDH, SONET или WDM. Для этого эти технологии или должны иметь возможность инкапсулировать ячейки ATM в поле полезной нагрузки своих транспортных модулей, как это имеет место для технологий DS3, PDH, SDH и SONET, или иметь реализованный физический интерфейс, или интерфейсную карту, позволяющую непосредственно модулировать параметры (например, интенсивность) оптической несущей, как это имеет место в системах с WDM.
Техника инкапсуляции ячеек ATM в виртуальные контейнеры VC-n фреймов SDH (ATM over SDH) регламентируется новым стандартом ITU-T G.707 (3.96), а упаковка во фреймы PDH Е1-Е4 (АТМ over PDH) - новыми стандартами ITU-T G.804 (2.98) и G.832 (10.98). Аналогично регламентируется техника инкапсуляции АТМ over DS3 и ATM over SONET. Что касается интерфейсов, позволяющих передавать АТМ через WDM, то они реализуются производителями этого оборудования.
Технология АТМ имеет следующие возможности:
предоставление интегрированных услуг по передаче голоса, факса, данных, видео и мультимедиа;
обеспечение требуемого уровня качества обслуживания QoS;
предоставление широкого диапазона скоростей передачи от Е1 до Е4, от STM-1 до STM-256 и от OC-1 до OC-768;
приема передачи с помощью адаптерных плат ПК;
инкапсуляции и передачи IP-трафика (технология IP over ATM).
Применение технологии АТМ так и не стало массовым, и в настоящее время по степени влияния и распространения она уступает технологии IP, которая может занять ее нишу вместе с технологией ISDN.
Технология ИКМ. Этой технологии уже около 40 лет. Относительный прогресс в России в этой области сводится к факту использования цифровых технологий и АТС и переходу на ОЦК - 64 кбит/с, как на базовую меру использования ширины полосы пропускания цифровых сетей в расчете на одного пользователя. ОЦК допускает не только его использование для передачи голоса, факса и данных, но и организацию наложенной связи (с коммутацией пакетов), а также вторичное уплотнение канала путем использования стандартных алгоритмов сжатия, сертифицированных для применения на сетях ВСС РФ. В первую очередь это относится к использованию известного алгоритма ADPCM (адаптивной дифференциальной ИКМ - АДИКМ), сжимающий ОЦК до 32 кбит/с (CCITT G.721, 1988г.), и новых алгоритмов: LDCELP (алгоритм линейного предсказания с кодовым возбуждением и малой задержкой - ITU-T G.728, 1992г.), сжимающий ОЦК до 16 кбит/с (в 4 раза), практически без ухудшения качества голоса, и CS-ACELP (ITU-T G.729, Annex A, 11.96), сжимающий ОЦК до 8 кбит/с (в 8 раз).
Технология PDH. Этой технологии около 30 лет. Относительный прогресс в этой области состоит лишь в том, что новая генерация оборудования PDH позволяет:
использовать новую схему формирования фреймов Е2 с байт-интерливингом (ITU-T G.704, 10.98), расширяющую возможности использования схем сигнализации CAS и CCS;
использовать новые структуры фреймов Е3 и Е4, используемые при взаимодействии PDH и SDH (ITU-T G.832, 10.98);
передавать виртуальные контейнеры соответствующего уровня фреймов SDH, давая возможность системам PDH соединять отдельные кольца SDH в
единую сеть;
передавать ниббл сообщения о статусе синхронизации (SSM), формируемый системами SDH, и тем самым участвовать в управлении сетью синхронизации;
- быть включенным в общую схему управления оборудованием единой сети PDH-SDH.
Указанные нововведения позволяют продлить жизнь этой технологии и органично вписаться в интегрированные сети PDH-SDH.
Технология ISDN. Этой технологии около 20 лет, но в нашей стране она начала активно развиваться только последние 5 лет. Ее внедрению мешает как отставание в развертывании цифровых АТС, так и создание адаптированной для России версии известной сигнализации SS#7 (ОКС-7).
Эта технология использует несколько форматов передачи данных: 2B+D (B = 64 кбит/c, D = 16 кбит/с), 6В и 30В+D (D = 64 кбит/с). Наиболее простой из них - первый, так называемый доступ на базовой скорости (BRA). Он позволяет, используя цифровую сеть общего пользования с общей схемой нумерации, передавать голос, факс, данные, осуществлять модемный доступ на скорости 128 кбит/с и проводить видеоконференции, т.е. все то, что обещает АТМ. И хотя скорости ISDN не столь велики, как обещанные АТМ, но все же достаточны для использования так называемого доступа на первичной скорости Е1 (PRA).
Отличительная особенность ISDN в том, что она использует готовую цифровую телефонную сеть, а стоимость адаптеров ISDN, как и аренда номеров, существенно ниже по сравнению с АТМ. Жаль, что распространению этой технологии, кроме указанных объективных причин, мешают ведомственные барьеры, не допускающие широкого использования корпоративных ISDN-решений, основанных на международных стандартах.
Технология SDH, (первые стандарты относятся к 1988 г.). Основной прогресс на цифровых сетях в нашей стране связан именно с ее использованием. Первые сети SDH появились в России в 1993 г. Их основными особенностями в то время были использование скорости 155 Мбит/c (уровень STM-1 в иерархии SDH), оптоволоконные кабели в качестве среды передачи и архитектура двойного кольца, позволяющая восстановить трафик за 50 мс после обрыва одного из волокон или выхода из строя одного из мультиплексоров.
Технология WDM. Этой технологии не больше 10 лет. В 1992 г. она позволяла объединять 2-4 оптические несущие, теперь - 160-240. Если каждая из несущих будет иметь в качестве мультиплексора доступа мультиплексор SDH уровня STM-64 (10 Гбит/с), то его максимальный поток составит 1,6-2,4 Тбит/с.
Развитие технологии WDM ведет к изменению модели взаимодействия основных транспортных технологий. До внедрения технологии WDM модель состояла из трех уровней и среды передачи и показывала, что для транспортировки трафика верхнего уровня (ATM, IP) через оптическую среду передачи он должен быть инкапсулирован в транспортные модули/сигналы STM-N/STS-n (OC-n), способные, используя физический интерфейс технологии SDH/SONET, пройти через физический уровень в оптическую среду передачи. Отсюда ясна необходимость создания технологий инкапсуляции ячеек АТМ, например в виртуальные контейнеры SDH (ATM over SDH) или в виртуальные трибы SONET (ATM over SONET), или пакетов IP в виртуальные трибы SONET (IP over SONET).
После появления систем WDM модель имеет три или
четыре уровня, не считая среды передачи. Появился промежуточный уровень WDM,
который, как и SDH/SONET, обеспечивает физический интерфейс, позволяющий через
физический уровень выйти на оптическую среду передачи не только технологии
SDH/SONET, но и технологиям ATM и IP.
1.4 Система мониторинга ВОЛС
Проблема надежности ВОЛС охватывает широкий круг вопросов и по своей сути является комплексной. Ее решение требует применения соответствующих методик оценки, расчета и контроля различных параметров оптических кабелей (ОК) и показателей надежности ВОЛС. Надежность ВОЛС зависит от различных конструктивно-производственных и эксплуатационных факторов. К первым относят факторы, связанные с разработкой, проектированием и изготовлением ОК и других вспомогательных изделий и устройств, входящих в состав ВОЛС. Ко вторым - все факторы, влияющие на надежность ОК в процессе его прокладки, монтажа и последующей эксплуатации.
Одна из важнейших задач - поддержание характеристик волокна на надлежащем уровне. Именно поэтому системы непрерывного мониторинга оптических волокон в ОК ВОЛС приобретают особую значимость при построении современных цифровых мультисервисных сетей.
Такие системы - системы дистанционного
тестирования волокон RFTS (Remote Fiber Test System) - в настоящее время
выпускаются рядом зарубежных компаний. Однако для практического применения
подобных систем при построении больших протяженных сетей связи требуется
серьезный сравнительный анализ возможностей различных систем RFTS и изучение
проблемы их интеграции с системами информационной поддержки и управления такими
сетями.
.4.1 Функции системы RFTS
Важнейшей функции системы RFTS является то, что она постоянно автоматически ведет сбор и статистический анализ результатов тестирования оптических волокон сети. Статистический анализ с использованием корреляционных, многофакторных методов, а также современных нейросетевых методов дает возможность обнаруживать и прогнозировать неполадки волокна задолго до того, как они приведут к серьезным проблемам в сети.
На основе мониторинга сети при помощи RFTS можно проводить плановый и профилактический ремонт ОК в сети, не дожидаясь появления серьезных повреждений и аварий в кабельной системе.
Система RFTS значительно повышает безопасность сети - любое несанкционированное подключение к волокну неизбежно приводит к дополнительным потерям в оптическом канале, а значит, будет обнаружено и зафиксировано системой в реальном масштабе времени.
Другое не менее важное качество системы RFTS - графическое представление информации о состоянии сети. На центральном сервере системы установлена профессиональная ГИС, которая содержит точную электронную карту цифровой сети на местности. Вся информация о состоянии сети и документация по ОК хранится в базе данных SQL и может быть графически представлена на карте. Также на карту выводится полная информация о неисправностях волокон в ОК, включая их точное физическое местоположение.
Таким образом, система RFTS позволяет обслуживающему
персоналу в реальном масштабе времени (практически мгновенно) узнавать, где
произошел сбой и каков уровень потерь в волокне ОК ВОЛС. Это намного сокращает
время поиска неисправностей и упрощает проведение профилактического
обслуживания ВОЛС. Учитывая размеры современных цифровых волоконно-оптических
сетей, важность и объемы передаваемой по ним информации, экономическую
эффективность применения системы RFTS трудно переоценить.
.4.2 Система RFTS в корпоративной сети связи
Установка системы RFTS на крупных корпоративных сетях, как было показано выше, сегодня уже не является роскошью. Более того, именно коммерческие соображения диктуют корпорациям и операторам связи необходимость постоянно следить за состоянием всей сети, проводить плановые обследования и документировать состояние оптических волокон в ОК сети. Это позволяет заранее выявлять места возможной деградации волокна и не допускать перерывов связи в сети, а в случае аварии ОК - получать оперативную информацию о месте и характере повреждения ОК и как можно быстрее устранять ее последствия.
Типичным примером крупной корпоративной сети является цифровая сеть связи АО "Мосэнерго". Эта крупнейшая энергокомпания России в течение ряда лет реализует проект создания единой информационной сети связи (ЕИСС), полностью охватывающей Москву и Московскую область. ЕИСС станет основой развития информатизации компании, а также будет использоваться в коммерческих целях при сотрудничестве с различными операторами связи. Цифровая первичная сеть связи, выполняющая функции транспортной сети, полностью базируется на волоконно-оптической инфраструктуре и цифровых системах передачи синхронной цифровой иерархии (СЦИ/SDH). При этом в пределах города такая сеть имеет разветвленную структуру и состоит из ВОЛС с ОК с достаточно большим числом оптических волокон (обычно до 32-х волокон).