Слепов Н.Н. Современные технологии Цифровых оптоволоконных сетей связи (ATM, PDH, SDH, SONET и WDM)

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 8

Введение в технологию АТМ

275

Затем он пересылает его на более высокие уровни (например, на уровень3), используя соответст-

вующую функцию перенаправления на этот уровень (показанную на рис. 8-19, как L3-функцию),

причем необходимую на стороне назначения информацию ему доставляет MPS.

Сервер MPS является компонентом маршрутизатора (см. рис. 8-19), который обеспечивает

перенаправление информации уровня взаимодействия клиенту МРС. Сервер включает полную

реализацию сервера следующего узла (NHS), определенного в NHRP в стандарте AF МРОА [399].

Он взаимодействует с локальным NHS и функциями маршрутизации (см. рис. 8-19) и отвечает на

запросы МРС (на обоих сторонах), снабжая их нужной информацией.

Клиент МРС со своей стороны взаимодействует с клиентом/клиентами LE (LEC). В погранич-

ном устройстве на рис. 8-19 может быть один или несколько МРС, с каждым из которых ассоциируют-

ся один или несколько LEC (однако каждый LEC может ассоциироваться только с одним МРС).

8.8.2.2. Потоки информации и управления в схеме организации МРОА

Потоки информации и управления в схеме организации МРОА показаны на рис. 8-20. Их можно

разбить на две категории: потоки управления и потоки данных.

Потоки управления

Потоки управления в свою очередь делятся на потоки конфигурации и потоки между

MPC-MPS, MPS-MPS, MPC-MPC. Согласно схеме организации МРОА [399] МРС и MPS взаимо-

действуют с сервером LECS для получения информации о конфигурации (см. выше разд. 8.8.1.5),

что вызывает потоки конфигурации. Потоки между МРС и MPS используются для менеджмента

кэш памяти МРС, хранящей текущую информацию. Потоки между MPS и MPS управляются стан-

дартными протоколами маршрутизации уровня взаимодействия и протоколом разрешения ад-

ресных ссылок следующего узла (NHRP). Управляющие потоки между МРС и МРС состоят из со-

общений об ошибочно принятых пакетах, служащих для сброса ошибочной информации в кэш

памяти.

Потоки данных

Потоки данных в свою очередь делятся на поток данных между МРС и МРС и потоками

данных между клиентом МРС и клиентами следующего узла (NНS). Потоки МРС-МРС исполь-

зуются, главным образом, для передачи данных между клиентами МРС по оптимальному (коротко-

му) соединению VCC через МРОА. Потоки MPC-NHC характеризуют обмен данными между ука-

занными клиентами путем установления соединений с индивидуальными адресами (режим unicast-

ing).

Глава 8

Введение в технологию АТМ

276

8.8.2.3. Операции, осуществляемые в системе МРОА

В системе МРОА осуществляются следующие операции:

• конфигурация - операция получения клиентом МРС и сервером MPS соответствующей ин-

формации от LECS;

• исследование - операция по изучению компонентами МРОА соответствующей информации о

друг друге;

• получение адреса цели - операция определения адресов ATM для конечных точек оптималь-

ного (короткого) соединения (рассматриваемого в качестве цели операции) с использованием

расширенного протокола NHRP;

• управление соединением - операция создания, поддержки и терминирования соединений VCC

для передачи данных и управляющей информации;

• передача данных - операция перенаправления данных уровня взаимодействия через короткое

соединение.

8.8.2.4. Пример оптимального (короткого) соединения в системе МРОА

В заключение краткого обзора технологии МРОА опишем пример установления оптимального (ко-

роткого) соединения при работе системы МРОА в результате изучения характера трафика, шедшего

первоначально по стандартному пути, сформированному в схеме LANE (см. рис. 8-21).

На рис. 8-21 показана схема стандартного пути, по которому пакет передается через LANE

маршрутизатору. Следуя ему, пакет покидает систему МРОА через внутренний интерфейс сервиса

LEC на стороне входа клиента МРС (см. МРС1 слева) и направляется через ELAN к MPS1 и далее.

Если же этот пакет является частью потока, для которого был установлен короткий путь, то на

стороне входа МРС освобождает его от инкапсуляции канального уровня (DLL) и посылает его

через установленный короткий путь. Возможно, что перед этим МРС потребуется снабдить дан-

ный пакет информационной этикеткой (тэгом).

Если до этого не было зарегистрировано потока с данным адресом назначения, то пакет,

посланный на МРС (а он всегда содержит этот адрес), фиксируется как начало нового потока и,

если число таких пакетов превысит определенный порог, то МРС посылает запрос на получение

адреса ATM, который затем используется для установления короткого пути до некоторого специ-

фического элемента сети, наиболее вероятно, что это будет точка на стороне выхода клиента МРС

- МРС2.

По прибытии по короткому пути в эту точку на стороне выхода, пакет обследуется и, если

он соответствует записи в кэш-памяти на стороне выхода, то он снова инкапсулируется (используя

информацию в кэш-памяти) и направляется к верхним уровням, если нет - то он отбрасывается.

Так работает система МРОА.

Глава 8

Введение в технологию АТМ

277

8.9. Отображение потоков ячеек ATM на физический уровень

Уже говорилось о том, что ATM может использовать протоколы физических уровней, разработан-

ные для других сетевых технологий. Кратко опишем (используя плоскость пользователя - U-plane

модели B-ISDN) как это делается при отображении ATM на физические уровни технологий SDH,

SONET, PDH и DS3, одобренных ATM Forum и используемых наиболее часто.

Это не значит, что указанные технологии являются единственными, чей физический уро-

вень может быть использован. Кроме них, ATM может использовать физический уровень FDDI

(PHY/PMD - 100 Мбит/с), IBM LAN-стандарты (UTP - 25,92 и 12,96 Мбит/с), учитывая, что ATM-

Forum выпустил спецификации на все эти интерфейсы и протоколы физического уровня [43]. К

ним также относятся и некоторые радиоинтерфейсы, например, радиоинтерфейсы SONET и SDH.

Если физический уровень предполагается использовать в рамках архитектуры B-ISDN, то,

конечно, могут быть использованы примитивы физического уровня PHY-UNITDATA (между

уровнем ATM и физическим уровнем), однако в этом случае используются другие физические

уровни.

8.9.1. Упаковка ячеек ATM в полезную нагрузку виртуальных контейнеров

SDH

Упаковка ячеек в поле полезной нагрузки фреймов SDH регламентируется стандартом ITU-T

G.707 [16]. Существует ряд общих правил, которые соблюдаются при упаковке ячеек в виртуаль-

ные контейнеры.

8.9.1.1. Общие правила упаковки ячеек

Операции передачи ячеек ATM в поле полезной нагрузки фрейма SDH осуществляются через фи-

зический уровень, который разбит на два подуровня (см. табл. 8-1):

- верхнего подуровня конвергенции передачи к уровню ATM- ТС, выполняющего функции кон-

троля заголовка - НЕС, идентификации и выравнивания ячеек внутри полезной нагрузки, обра-

ботки указателя и другие операции подготовки данных к передаче;

- нижнего подуровня, зависящего от физической среды - PMD, ответственного за синхрониза-

цию и кодирование в канале передачи данных.

Общая схема упаковки ячеек такова, что они отображаются на поле виртуального контей-

нера VC-n, или конкатенированной структуры из виртуальных контейнеров VC-n-mc, где n=1, 2, 3,

4, а m=4, 16 [16]. Учитывая, что поле полезной нагрузки конкретного контейнера VC-n может не

помещать целое число ячеек ATM (длиной 53 байта), разрешается пересечение границ фрейма

смежных контейнеров VC-n (т.е разрешается разбивать ячейку на две части, помещая их в смеж-

ных контейнерах).

Если в первый контейнер (из двух смежных контейнеров) загружается N целых ячеек и

часть ячейки, то длина последней ячейки фиксируется в указателе, размещаемом в байтах Н сек-

ционного заголовка SOH [27]. При локализации начала целой ячейки в следующем фрейме нужно

иметь ввиду, что оно может быть сдвинуто на любую длину в интервале 0-52 байта. Байты Н ис-

пользуются также для управления функциями конкатенации частей разбитых ячеек. Байт С2 SOH

используется для индикации факта загрузки ячеек ATM в контейнер, а байт G1 используется для

сигнализации ближайшему узлу сети ATM об отсутствии выравнивания ячеек, наличие которого

необходимо для осуществления коррекции ошибок.

Информационное поле ячейки (48 байт) должно скремблироваться (а заголовок нет) перед

тем, как оно будет отображено на поле PL контейнеров VC-n или VC-n-mc. При распаковке ячеек

ATM из контейнеров соответственно должна проводиться процедура дескремблирования перед

Глава 8

Введение в технологию АТМ

278

тем, как ячейка будет передана на ATM уровень. Цель скремблирования - устранить возможность лож-

ного выравнивания границ ячеек, а также возможность дублирования слова синхронизации STM-N.

8.9.1.2. Отображение ячеек ATM на виртуальные контейнеры

Отображение ячеек на виртуальный контейнер VC-4-xc

Фиксируемая часть потока ячеек ATM загружается в контейнер С-4-хс так, что ее границы выравнива-

ются с границами контейнера С-4-хс, который затем отображается на виртуальный контейнер VC-4-xc

вместе с заголовком VC-4-xc РОН и (х-1) столбцом фиксированного наполнителя (см. рис. 8-22).

Виртуальный контейнер в свою очередь отображается на полезную нагрузку х фреймов

STM-1, имеющих скорость передачи 155,52 Мбит/с (фактическая скорость передачи ячеек -

149,760 Мбит/с). Так как размер PL контейнера С-4-хс (х • 2340 байтов) не является целократным

размера ячейки (53 байта), то ячейка может пересекать границу фрейма контейнера С-4-хс.

Отображение ячеек на виртуальные контейнеры VC-4/VC-3

Фиксируемая часть потока ячеек ATM загружается в контейнер С-4/С-3 так, что ее границы

выравниваются с границами контейнера С-4/С-3. С4/С3 затем отображается на виртуальный контейнер

VC-4/VC-3 вместе с заголовком VC-4/VC-3 РОН. Следовательно, границы ячеек ATM выравниваются

с границами VC-4/VC-3. Так как размер PL контейнера С-4/С-3 (2340/756 байтов) не является цело-

кратным размера ячейки (53 байта), то ячейка может пересекать границу фрейма контейнера С-4/С-3.

Отображение ячеек на виртуаль-

ный контейнер VC-2-mc

Фиксируемая часть потока ячеек

ATM, имеющего скорость т х 6,784 Мбит/с,

где m=2-7 для непрерывной конкатенации и

m=2-21 для виртуальной конкатенации, за-

гружается в виртуальный контейнер VC-mc,

организованный как 4-фреймовый мультиф-

рейм, см. рис. 8-23.

Фреймы этого мультифрейма состоят

из 1-байтного VC-2-mc РОН, (т-1) байта

фиксированного наполнителя и (т х 106)

байтов полезной нагрузки для непрерывной

конкатенации.

Глава 8

Введение в технологию АТМ

279

При виртуальной конкатенации указанные выше фреймы состоят из т независимых бай-

тов VC-2-mc РОН и (т х 106) байтов полезной нагрузки. ATM ячейки загружаются в поле полез-

ной нагрузки VC-2-mc так, что их границы выравниваются с любой байтовой границей VC-2-mc,

так как VC-2-mc PL в точности эквивалентен (тx2) ячеек ATM (в расчете на 125 мкс фрейм).

Отображение ячеек на виртуальный контей-

нер VC-2

В этом случае (см. рис. 8-24) VC-2 также пред-

ставляет собой 4-фреймовый мультифрейм. Его фреймы

состоят из одного байта VC-2 РОН и 106 байтов по-

лезной нагрузки. ATM ячейки загружаются в VC-2 PL

так, что их границы выравниваются с любой байтовой

границей VC-2, так как VC-2 PL в точности экви-

валентен 2 ячейкам ATM (в расчете на 125 мкс фрейм).

Отображение ячеек на виртуальный контейнер VC-12/VC-11

В этом случае поток ATM ячеек передается со скоростью 2,176 и 1,600 Мбит/с соответст-

венно для VC-12 и VC-11. В плавающем режиме организации трибных блоков TU-n виртуальные

контейнеры VC-12/VC-11 также представляют собой 4-фреймовый мультифрейм. Его фреймы со-

стоят из одного байта VC-12/VC-11 РОН и 34/25 байтов полезной нагрузки соответственно. ATM

ячейки загружаются в VC-12/VC-11 PL так, что их границы выравниваются с любой байтовой гра-

ницей VC-12/VC-11, так как VC-12/VC-11 PL никак не связана с размером ячейки ATM (53 бай-

та). Фактически выравнивание границ будет меняться от фрейма к фрейму в последовательности,

которая будет повторяться каждые 53 фрейма.

8.9.2. Упаковка ячеек ATM в оболочку полезной нагрузки SONET

Операции передачи ячеек ATM в поле полезной нагрузки фрейма SONET также осуществляются

через физический уровень, разбитый на два подуровня ТС и PMD.

В SONET ячейки ATM могут быть упакованы в STS-3c, STS-1, DS3 и DS1. Рассмотрим для

примера упаковку ячеек в STS-3с. Фрейм STS-3, имеющий скорость передачи 155,520 Мбит/с

поддерживает скорость передачи ячеек ATM 149,760 Мбит/с. В этом смысле упаковка ячеек в

STS-3с аналогична упаковке в VC-4-xc. Так как размер полезной нагрузки SPE STS-3с

(260x9=2340 байтов) не является целократным размера ячейки (53 байта), то ячейка может пере-

секать границу фрейма STS-3с. Учитывая, что виртуальные трибы VT могут использовать как

плавающий, так и фиксированный режимы загрузки, то первая ячейка ATM может начинаться с

11 байта 1 строки фрейма (для плавающего режима это маловероятно). В этом случае в SPE по-

мещается 44 целых ячейки и еще 8 байтов, остальные ячейки размещаются в следующем фрейме.

Поле заголовков (секционного, линейного и РОН) заполнено так:

- секционный заголовок: 1 строка - А1А1А1А2А2А2А3А3А3, 2 строка - В1, остальные байты не

определены;

- линейный заголовок: 1 строка - Н1Н1Н1Н2Н2Н2Н3Н3Н3, 2 строка - В2В2В2хххК2хх, 6 стро-

ка-xxxxxZ2xxx, остальные позиции и те, что помечены символом x - не определены;

- столбец РОН: JlB3C2Glxxxxx [43].

Глава 8

Введение в технологию АТМ

280

8.9.3. Упаковка ячеек ATM в фреймы PDH

Упаковка ячеек в поле полезной нагрузки фреймов PDH регламентируется стандартом ITU-T

G.804 [161]. При этом стандартизована загрузка только следующих типов фреймов всех трех сис-

тем иерархии:

- Т1, Т2 и ТЗ (АС); Е1, Е2, ЕЗ и Е4 (ЕС); Tl, T2 и JP4 (ЯС). Однако стандартизация упаковки ячеек

в Е2 по состоянию на конец 1999 г. не была завершена.

Ниже мы рассмотрим упаковку ячеек ATM только в фреймы европейской системы ЕС.

8.9.3.1. Упаковка ячеек в фреймы Е1

При упаковке во фрейм Е1 используется структура фрейма, как она описана в стандарте ITU-T

G.704 [15]. При этом используются только тайм-слоты 1-15 и 17-31, что обеспечивает поле полез-

ной нагрузки'30 байтов в расчете на 1 фрейм, поэтому фактически используется последователь-

ность (поток) фреймов, учитывая, что сама упаковка, кроме G.804, регламентируются стандартами

ITU-T I.432.1,I.432.3 [230].

Так, для поддержания заданной синхронной скорости Е1 стандарт 1.432.1 предписывает

генерацию пустых ячеек, когда информационные ячейки не поступают с уровня ATM (см. функ-

цию согласования скорости подуровня ТС в табл. 8-1). Структура заголовка и полезной нагрузки

пустой ячейки имеет вид:

Полезная нагрузка (48) байт скремблируется перед тем, как ее загружают в тайм-слоты

фреймов PDH для передачи, а при приеме она дескремблируется.

8.9.3.2. Упаковка ячеек в фреймы ЕЗ

При упаковке во фрейм Е3 используется структура фрейма, как она описана в стандарте ITU-T

G.832 [124]. Эта структура приведена на рис. 2-25 (см. гл. 2). При этом для ячеек используются

530 байтов фрейма Е3, и осуществляется выравнивание байтовой структуры фрейма с байтовой

структурой ячейки, причем сама упаковка регламентируется стандартом ITU-T G.804, а выравни-

вание -стандартом 1.432.1 [230].

Также, как и для Е1, для поддержания заданной синхронной скорости Е3 34,368 Мбит/с

стандарт 1.432.1 предписывает генерацию пустых ячеек, когда информационные ячейки не посту-

пают с уровня ATM (см. функцию согласования скорости подуровня ТС в табл. 8-1). Структура

заголовка и полезной нагрузки пустой ячейки имеет тот же вид, что описан в разд. 8.9.3.1.

Полезная нагрузка (48) байт скремблируется перед тем, как ее загружают в тайм-слоты

фреймов PDH для передачи, а при приеме она дескремблируется.

8.9.3.3. Упаковка ячеек в фреймы Е4

При упаковке во фрейм Е4 используется структура фрейма, как она описана в стандарте ITU-T

G.832 [124]. Эта структура приведена на рис. 2-27 (см. гл. 2). При этом для ячеек используются

2160 байтов фрейма Е4, а также выравнивание байтовой структуры фрейма с байтовой структурой

ячейки, причем сама упаковка регламентируется стандартом ITU-Т G.804, а выравнивание - стан-

дартом 1.432.1 [230].

Глава 8

Введение в технологию АТМ

281

Также, как и для Е1, для поддержания заданной синхронной скорости Е4 139,264 Мбайт/с

стандарт 1.432.1 предписывает генерацию пустых ячеек, когда информационные ячейки не посту-

пают с уровня ATM (см. функцию согласования скорости подуровня ТС в табл. 8-1). Структура

заголовка и полезной нагрузки пустой ячейки имеет тот же вид, что описан в разд. 8.9.3.1.

Полезная нагрузка (48) байт скремблируется перед тем, как ее загружают в тайм-слоты

фреймов PDH для передачи, а при приеме она дескремблируется.

8.9.4. Упаковка ячеек ATM в кадры системы DS3

Для передачи ячеек ATM физический уровень системы передачи DS3 использовался сначала даже

чаще, чем физический уровень SONET/SDH. Для этой цели применялась спецификация комму-

тируемого мультимегабитного сервиса данных - SMDS и протокол конвергенции к физиче-

скому уровню - PLCP (IEEE 802.6) [43].

В этом случае ячейки ATM загружаются в поле полезной нагрузки PLCP фрейма DS3 (см.

рис. 8-25). В нем размещается ровно 12 ячеек ATM с дополнительными 4-х байтовыми заголовка-

ми, при этом реализуется скорость передачи ячеек 40,704 Мбит/с (53x8=424 бит ячейки х 12 яче-

ек/фрейм DS3 х 8000 = 40704,000 кбит/с). Схема размещения значительно проще, чем в случае

SONET/SDH, так как положение ячеек фиксировано и выравнивания ячеек не требуется.

В дополнительном 4-байтном заголовке 2 байта (А1 и А2) используются для синхрониза-

ции PLCP, 1 байт используется как указатель маршрутного заголовка - POI, 1 байт - как мар-

шрутный заголовок - РОН. Концевик (управляемый байтом CI POH) добавляется к каждому

третьему фрейму и используется для его выравнивания.

8.10. Управление трафиком и качество обслуживания в сетях

ATM

Проблемы управления трафиком и качеством обслуживания являются одними из ключевых и

сложных.

Управление трафиком само по себе распадается на две проблемы: одна - управление тра-

фиком и перегрузками, другая - управление распределением полосы пропускания. Наконец,

управление трафиком подразумевает управление входными потоками и выбор оптимального

маршрута передачи данных.

Что касается управления качеством, то это задача достаточно новая (о чем свиде-

тельствует отсутствие этой рубрики в большинстве указанных выше изданий [43, 241-244]), но

интенсивно развивающаяся и не только применительно к ATM [400]. Хотя ATM Forum и опреде-

лил 6 категорий услуг, рассматриваемых как классы качества: CBR, VBR-nrt (VBR не в режиме

реального времени), VBR-rt (VBR в режиме реального времени), UBR, ABR и GFR, однако не яс-

но, что делать на практике, когда реальное оборудование ATM поддерживает только некоторые

из них [390].

Глава 8

Введение в технологию АТМ

282

В силу специфики и ограниченности объема книги, мы можем только обозначить эти про-

блемы, отослав интересующихся решением вопросов управления трафиком ATM к спе-

циализированным изданиям [43, 241, 242, 244, 245]. Что касается качества обслуживания, то ряд

моментов, хотя и в общем виде можно почерпнуть в стандартах ITU-T E.800 [401], где приведены

многие (но не все) нужные определения, и ITU-T I.350, где проблема качества обслуживания об-

суждается в общем виде и сравниваются два показателя качества: качество обслуживания - QOS

и производительность сети - NP.

8.11. Заключение

Как поняли терпеливые читатели, технология ATM достаточно сложна, чтобы осветить ее с нуж-

ной степенью глубины и подробности на 43 страницах указанной главы. Понимая это, автор ого-

ворился во введении, что он постарается дать систематизированное введение. Учитывая большой

фактический объем материала по этой технологии, автор сознательно опустил ряд тем, чтобы бо-

лее подробно осветить другие темы, в частности, разд. 8.7-8.9, как наиболее интересные для спе-

циалистов по глобальным сетям.

Вместе с тем, там, где это было необходимо, были даны ссылки на другие источники и

материалы, где читатели могут углубить свои знания. Нужно отметить, что по технологии ATM

существует много журнальных публикаций, однако они либо поверхностные (и могут содержать

различного рода ошибки, либо специализированные, освещающие один вопрос. Поэтому для тех,

кто хочет самостоятельно углубиться в дебри ATM, можно рекомендовать использовать осново-

полагающие стандарты, описанные выше. Несмотря на то, что этот путь наиболее трудный, он и

наиболее перспективный, особенно тогда, когда используются последние версии стандартов ITU-

T и документов ATM Forum.

Глава 9

Введение в оптические цифровые сети

283

Глава 9

Введение в оптические цифровые сети

Синхронные цифровые сети, начав свое развитие с появления ИКМ систем в 60-х годах,

некоторое время эволюционировали исключительно как электрические сети. В начале 80-х поя-

вились первые оптические компоненты цифровых сетей - оптическое волокно, которое в наше

время стало доминирующей средой передачи. С развитием сетей SDH, начиная примерно с 1993

г., стали использоваться оптические усилители - второй оптический компонент цифровых сетей,

без которых не мыслится в наше время ни одна глобальная цифровая сеть. 1996 г. стал годом вне-

дрения еще одного оптического компонента - оптического мультиплексора (ОМ), основанного на

технологии мультиплексирования с разделением по длинам волн (МРДВ), которая начинает сейчас

свое победное шествие все больше и больше внедряясь в синхронные цифровые сети.

Обозревая этот ряд текущих событий и прогнозируя перспективу развития оптических

синхронных цифровых сетей, можно предположить следующие возможные этапы их развития:

• первый - использование оптического волокна (ОВ), как среды передачи, и светового луча, как

несущей для информационного сигнала;

• второй - использование оптических усилителей (ОУ) для расширения возможностей передачи

сигнала без необходимости его регенерации;

• третий - внедрение технологии мультиплексирования с разделением по длинам волн для много-

кратного расширения полосы пропускания существующих оптоволоконных систем передачи;

• четвертый - использование режимов ввода-вывода несущих с разными длинами волн в мультип-

лексорах с разделением по длинам волн;

• пятый - реализация возможности маршрутизации оптических каналов для несущих с разными

длинами волн;

• шестой - использование оптической кросс-коммутации несущих с разными длинами волн;

• седьмой - реализация возможности коммутации оптических цепей в оптических сетях общего

пользования;

• восьмой - реализация возможности оптического формирования пакетов и оптической пакет-

ной коммутации.

Первые четыре этапа уже пройдены на очереди пятый и шестой этапы развития оптиче-

ских сетей. Реализация каждого из них позволяет существенно и с разных сторон расширить воз-

можности синхронных систем связи. Так внедрение ОВ позволило в настоящее время расширить

скорость передачи (полосу пропускания) в расчете на один оптический канал вплоть до 160

Гбит/с, из которых только скорости до 40 Гбит/с оказались освоенным традиционными системами

(SDH, STM-256), оставив более высокие скорости солитонным системам. Внедрение даже одного

ОУ позволило расширить строительную длину регенерационной секции (SDH) до 200-300 км, то-

гда как их каскадное включение позволяет расширить ее до 600-700 км.

Использование МРДВ различных типов позволяет в 2-1024 раза увеличить пропускную

способность одного ОВ, позволяя тем самым реализовать огромные суммарные скорости переда-

чи (которые невозможно достичь традиционными методами) даже при умеренных скоростях со-

ставляющих потоков (например, 128x2,5 Мбит/с (STM-16) дают суммарную скорость 320 Гбит/с,

которая легко может быть доведена до 1,28 Тбит/с переходом на STM-64 и до 5,12 Тбит/с после-

дующей миграцией на STM-256). Реализация остальных этапов, не давая выигрыша в увеличении

скорости передачи, позволит добиться той же гибкости в использования сетей оптической связи,

какую демонстрируют современные сети электросвязи.

Глава 9

Введение в оптические цифровые сети

284

9.1. Оптическое волокно как среда передачи

В глобальных цифровых сетях связи (ГСС), как и в ЛВС, для передачи сигнала используются раз-

личные среды: эфир (в радиосистемах), медные провода (в ТФОП и ЛВС), медные кабели (в

ТФОП и ЛВС), волоконно-оптические кабели (ВОК) (в ТФОП, ЛВС и ГСС). Из них в ГСС и

ТФОП в последнее время все большее распространение получают ВОК. Это вызвано определен-

ными преимуществами оптического кабеля, основные из них:

- широкая полоса пропускания, позволяющая передавать сигналы со скоростью до десятков

Тбит/с и выше;

- низкий уровень потерь сигнала при распространении, позволяющий передавать сигналы без

регенерации на расстояние порядка 200-300 км.;

- нечувствительность к электромагнитным помехам, позволяющая прокладывать ВОК в мес-

тах с высоким уровнем таких помех, в том числе использовать для этой цели ЛЭП и опоры для

контактной силовой сети.

Другие преимущества, такие, как малые масса и размеры ВОК, его пожаробезопасность, а

также значительная сложность перехвата передаваемых сообщений (на фоне снижения цен прак-

тически до уровня цен на медные кабели) делают их использование еще более привлекательным.

Если учесть, что скорость передачи первого уровня иерархии SDH - технологии, пришедшей

на смену PDH, составляет 155 Мбит/с, а также то, что сети SDH заменяют в настоящее время тысячи

километров ТФОП, становится понятным, почему ВОК используется как единственная перспектив-

ная среда передачи сигнала в транспортных синхронных цифровых сетях SDH.

9.1.1. Основные понятия, важные при использовании оптического волокна

9.1.1.1. Физические понятия

В отличие от медного провода переносчиком сигнала в ОВ является не электрический ток, а све-

товой луч, распространение которого в прозрачной среде ОВ как луча (или волны) должно под-

чиняться законам оптики. Законы оптики различны в зависимости от того, в каких рамках спра-

ведливости: линейной или нелинейной оптики - они рассматриваются. Свет, в соответствии с кор-

пускулярно-волновым дуализмом, может рассматриваться как волна, тогда к нему применимы за-

коны линейной и нелинейной оптики, или как поток частиц - фотонов [167], который имеет

квантовую природу: может рождаться, поглощаться, превращаться в другие частицы, подчиняясь

законам квантовой механики (значит, к свету в этом случае должны применяться законы кванто-

вой оптики).

Для понимания особенностей распространения света в рамках линейной волновой оптики

достаточно вспомнить законы: прямолинейного распространения света, независимости световых

пучков, преломления и отражения света на границе раздела сред и законы поглощения [167].

Для прозрачной среды процесс распространения света неотделим от процесса взаимодей-

ствия луча со средой, если учесть, что свет не просто луч, а электромагнитное излучение опреде-

ленной длины волны, взаимодействующее со средой в процессе распространения. Его поведение

подчиняется законам электромагнитного взаимодействия и описывается волновыми функциями,

являющимися решениями системы уравнений Максвелла. Придется вспомнить такие понятия, как

поляризация, мода колебаний, двойное лучепреломление, затухание, вызванное рассеянием и по-

глощением, дисперсия и др., которые могут быть рассмотрены как в рамках линейной, так и нели-

нейной волновой оптики.

Наконец, свет - это поток фотонов (частиц или корпускул), взаимодействие которых со

средой, как отмечалось, подчиняется законам квантовой оптики. Для понимания особенностей

взаимодействия в этом случае нужно иметь в виду, что источником излучения в аппаратуре син-

хронных цифровых сетей является лазер, интенсивность излучения которого значительно выше

интенсивности обычных источников света, что приводит к необходимости учета не только кван-