Hlavní navigace

Optické sítě a jejich prvky

Rita Pužmanová

Optické sítě se díky své spolehlivosti, kapacitě i cenovému vývoji v poslední době "prodlužují" z dálkových spojů až k metropolitním a přístupovým sítím. Optických technologií je celá řada a mnoho záležitostí je ještě ve vývoji, proto se nejprve podíváme na základy.

V současnosti jsou prakticky veškeré dálkové komunikační okruhy a rozlehlé sítě postaveny na optické infrastruktuře. Optické sítě mohou být transparentní, kdy optický signál mezi vysílačem a přijímačem není podroben v žádném propojovacím uzlu v optické doméně konverzi na signál elektrický (zesílení optického signálu po cestě povoleno samozřejmě je, např. v Erbium Doped Fiber Amplifiers, EDFA). Druhou kategorií sítí tvoří netransparentní optické sítě (opaque), v nichž mohou přenosové uzly manipulovat s optickými signály, které jimi procházejí. Manipulace může zahrnovat OEO konverzi a operace označované jako 3R (reshaping, retiming, regeneration/am­plification).

Současné optické přenosové systémy jsou ve své podstatě opto-elektrické, protože využívají jak optickou, tak elektromagnetickou energii. Původní signál je elektrický, ale je převeden na optický pro přenos optickou sítí a následně opět převeden na elektrický (minimálně) pro příjemce. V optických přenosových sítích jsou potřeba po určité vzdálenosti optické opakovače/zesi­lovače, které zesilují optický signál. Optický kanál, světelná cesta (lightpath), pak označuje dvoubodové spojení na optické vrstvě mezi dvěma přístupovými body k optické síti.

Přepínače optického signálu

Zařízení v optických sítích mohou pracovat buď s konverzí optického signálu na elektrický, a po jeho zpracování s jeho obrácenou konverzí na výstupu, nebo mohou pracovat výhradně s optickým signálem. Druhý případ je složitější na vývoj zařízení.

OXC (Optical cross-Connect) je přepínač na bázi prostorového dělení, který přepíná tok optických dat ze vstupního na výstupní port. Může buď na vstupu používat konverzi opto-elektrickou a na výstupu elektro-optickou, nebo může pracovat na celooptickém principu. Musí mít řídicí procesor, který implementuje potřebné směrovací protokoly a protokoly signalizace pro optickou doménu.

Zatím se více využívají přepínače typu OEO (Optical-Electrical-Optical), které jsou sice dražší, ale nabízejí více možností a škálovatelnost. OEO přepínače převádějí optický signál na elektrický a zase zpět při vnitřním směrování/pře­pínání.

V současné době se teprve pracuje na vývoji celooptických přepínačů (OOO, Optical-Optical-Optical), které přepínají jednotlivé vlnové délky odpovídající toku paketů a minimalizují zpoždění způsobené existencí přepínače v síti. Technologie budování optických přepínačů je ale velmi složitá a zatím není rentabilní, protože trh ještě není zcela připraven. Přitom fotonické přepínače by měly snížit pořizovací náklady o polovinu a provozní náklady sítí dokonce až o 85 %. Jedním z problémů u fotonického přepínání je neexistence optické obdoby elektronické paměti RAM.

Komponenty velkých výkonných přepínačů optického signálu stále častěji tvoří mikro-elektromechanické systémy (MEMS, MicroElectroMecha­nical Systém). MEMS jsou miniaturní mechanické a elektrické prvky integrované na křemíkovém čipu, které plní funkce jako odraz paprsku, jeho natočení apod. MEMS mohou být dvoj- nebo troj-rozměrné. V optických přepínačích se u dvojrozměrných MEMS mohou mikrozrcadla nacházet pouze ve dvou pozicích (podobně jako relé): mohou buď paprsek pustit (nejsou nastavena), nebo jej v pravém úhlu odrazit (jsou nastavena). U trojrozměrných se používají dvě skupiny pohyblivých zrcadel, která mohou paprsek světla přepnout mezi jakýmkoli vstupem a výstupem přepínače. To ale znamená požadavek na vyšší přesnost při nastavení a udržování zrcadel ve správné pozici. Dvojrozměrné i trojrozměrné systémy MEMS jsou přitom obdobně náročné na výrobu. Nově se objevily výsledky práce na jednorozměrných MEM­S.

Optické čipy

Optické čipy převádějí elektrické a optické signály, zahrnují procesory digitálních signálů (DSP, Digital Signal Processor), A/D konvertory a modulátory/de­modulátory. Tyto čipy nejčastěji podporují smíšené signály, analogové i digitální. Proto obsahují analogové i digitální obvody. To však může způsobovat technické problémy, protože analogové signály mají sílu jen kolem 10 mV, zatímco digitální signály až 1 V, čímž může dojít k přeslechu. Řešení se používá více, ale nejspolehlivější je umístit digitální a analogové obvody co nejdále od sebe.

Optické síťové čipy dnes nejčastěji podporují rychlosti kolem 10 Gbit/s, ale začínají se uplatňovat nové čipy pro rychlosti 40 Gbit/s, a to pomocí technologie SoC (System on Chip). Původně všechny procesy v síti, jako oprava chyb, multiplexování/de­multiplexování, směrování, zapouzdřování dat do datových jednotek apod. potřebovaly samostatné čipy. Výroba však postoupila tak daleko, že je možné dnes všechny tyto funkce integrovat do jednoho čipu.

SoC má řady výhod oproti řešení několika samostatných čipů: potřebuje méně prostoru a eliminuje potřebu komunikace mezi čipy, která vede ke zpoždění, případně poničení přenášených dat či rušení. Integrovaný čip ale nelze použít ve všech optických sítích: v případě architektury, která má karty vedení (line card) pro příjem a vysílání optických signálů na různých zařízeních, samozřejmě není možné použít připojení k jednomu integrovanému čipu.

Rychlé optické čipy se uplatní v přenosových optických sítích (SONET/SDH) a implementují se do velkých směrovačů a přepínačů a optických transceiverů. Rychlá propojovací zařízení se uplatní v „páteři“ Internetu, zejména v NAP (Network Acces Point).

Trh s optikou

Evropský „optický trh“ v Evropě se sice v loňském roce značně propadl (na hodnotu 2,77 miliardy dolarů), ale už v příštím roce se předpokládá opětovný vzrůst. Téměř polovinu trhu tvoří zařízení pro sítě příští generace, jako optické páteřní přepínače nebo zařízení pro WDM. Podle konzultační firmy RHK evropský optický trh vypadá následovně: multiplexory ADM (30 %), optická zařízení pro okraj sítě (27 %), dálkové DWDM (18 %), metropolitní WDM (8 %), digitální přepínače (digital cross-connect, 11 %), optické páteřní přepínače (5 %).

Podle CIR má trh s optickými zesilovači celosvětově dosáhnout 340 miliónů dolarů do roku 2006. Trh se zařízeními a komponenty pro optické přepínání (OXC, typu OEO i OOO) má do tří let dosáhnout 2 miliard dolarů.

START17

V hlavním proudu se nachází pětka velkých výrobců: Alcatel (21%) a Marconi (21%) se dělí o vedoucí místo, za nimi následují Lucent, Nortel a Siemens. Začínají se ale prosazovat i malí výrobci.

Vzhledem k rozvoji optického přepínání a směrování a optických sítí směrem od dálkových spojů přes metropolitní sítě až k řešení první míle od uživatele se těmto tématům budeme věnovat podrobněji. Chystají se informativní články o optických přepínačích a MEMS, o vlnovém multiplexu (WDM), využití WDM v metropolitních a přístupových sítích a o optických přístupových sítích a samozřejmě o řešeních problémů souvisejících s postupným přechodem k IP/WDM. Rozhodně proto uvítáme, dáte-li nám prostřednictvím ankety či diskuse pod článkem najevo, jaká témata by vás zajímala nejvíce.

Anketa

Co se optických technologií týká, nejvíce mě zajímá:

Našli jste v článku chybu?
6. 7. 2003 17:40
Hadej (neregistrovaný)
Aha, tedy nekontrolovatelne zachvaty smichu? To mam s tou diagnozou asi pravdu...
6. 7. 2003 15:53
Michal Krsek (neregistrovaný)
Prominte, ze uvedene odstavce jsou skutecne k smichu :-)