Hlavní navigace

Směrování světla

Pavel Satrapa

Optické sítě se nám vesele množí. Pokud vaše data cestují na netriviální vzdálenost, značnou část svého života stráví v optických vláknech. K jejich propojování se dnes používají optoelektrická zařízení. Světelný signál převedou do elektrické podoby a vysvítí do dalšího vlákna. Existuje však vývojový směr, který se snaží s elektřinou skoncovat.

V čem je problém? Asi nejzávažnější v tom, že dotyčné zařízení musí signálu rozumět. Chcete-li přejít na novou přenosovou technologii či na jiný protokol, čeká vás upgrade propojovacího zařízení. Při něm se zpravidla dozvíte, že máte starý model, do kterého není k dispozici odpovídající karta. Musíte proto vyměnit základní desku a řídící modul, se kterým ovšem nedovedou plnohodnotně spolupracovat vaše stávající karty… Zkrátka vyměníte celou bednu.

Je-li bedna velká, výměna se dost prodraží. A navíc můžete očekávat, že po nějaké době budete anabázi opakovat. Hnidopiši dále poukazují na to, že zařízení typu OEO (optika-elektřina-optika) nezvládají opravdu velké toky dat (terabity a tak).

Vznikl tedy nápad sestavit cosi jako směrovač, ovšem ryze na optické bázi. Nebude se zajímat o význam přenášených signálů, prostě přijme nějaké světelné impulsy a odešle je jiným vláknem dál. Postupem času se objevilo několik přístupů, jak takové zařízení realizovat. Dominují dva: vlnovody a stará dobrá mechanika.

Systémy založené na vlnovodech se tak trochu podobají výhybkám na kolejích. Cesta vedoucí světlo se rozdvojuje a určitým mechanismem lze ovlivnit, kterou větví se fotony vydají. Pro ovlivňování existuje několik variant. Termooptický přístup staví na materiálech, jejichž optické vlastnosti závisí na teplotě. Cesta světla se pak řídí prostřednictvím zahřívání či chlazení.

Elektrooptická zařízení používají tekuté krystaly, které ovlivňují polaritu procházejícího světla. Na ní pak záleží, kterou cestou se bude pokračovat. Nejpodivuhodnější jsou bublinkové systémy, jejichž inspirace pochází - světe, div se - z tiskáren. Vlnovod je naplněn kapalinou, která se při zahřátí změní v plyn se zcela odlišnými optickými vlastnostmi. A přesměrování je na světě.

Ovšem mechanické systémy se také nenechají zahanbit. Oficiálně se jim říká mikro elektro-mechanické systémy (MEMS) a jsou založeny na pohyblivých zrcátkách. Tady je princip triviální - zrcátko se natočí a pošle paprsek jinam. Jak se ale dá vyrobit pohyblivé a přesně ovládané zrcátko o velikosti ouška jehly, se poněkud vymyká mému chápání. Zjevně to však jde - takto koncipované optické „směrovače“ už jsou na trhu.

Výhodou mechanického přístupu je, že jedno zrcátko dokáže přepínat mezi několika různými výstupy. Naproti tomu vlnovody cestu jen rozdvojují, takže pro N odboček musíte za sebe zřetězit N rozdvojení. Jelikož se většinou žádá, aby se mezi sebou dala propojit libovolná dvojice vláken, počet rozdvojek roste s druhou mocninou počtu vláken.

To se odráží v počtu rozhraní dostupných optických přepínačů. Zatímco u světlovodných dosahují několika desítek, v případě mechanických jsou na trhu zařízení přepínající 1024 portů. Mimochodem - přesnost natáčení zrcátek v nich dosahuje mikroradiánů. To znamená chybu v řádu milimetrů na vzdálenost jednoho kilometru. Uznejte, že tahle pohádka je daleko lepší než ta o Červené Karkulce.

Je pochopitelné, že přesměrování světla je relativně pomalé. Přestože se časy potřebné ke změně trasy pohybují v řádu milisekund, při dnešních přenosových rychlostech za tu dobu uteče spousta dat. Proto se optické přepínání netýká jednotlivých datových paketů, ale okruhů. Ostatně přepínání paketů by bylo v rozporu s požadavkem na protokolovou nezávislost zařízení.

S trochou nadsázky řečeno mají optické přepínače dělat v milisekundách to, co dnes udělá technik s propojovacími kablíky. Očekává se od nich, že pružně umožní vytvářet přímé spoje odkudkoli kamkoli (cosi jako SVC ve světě ATM). K tomu je ovšem potřeba určitý signalizační protokol, kterým se domluví co a jak.

KL17_hlasovani

Vhodným kandidátem ze světa IP je Multi-Protocol Label Switching (MPLS), který datagramy při vstupu do sítě opatří určitými značkami a dále je přepravuje podle těchto značek místo klasického směrování. Ukázalo se, že řada prvků z MPLS je docela dobře použitelných pro správu optických tras. Tak vznikl návrh Multi-Protocol Lambda Switching (označovaný jako MPLS). Dalším krokem byla logicky snaha dostat vše pod jednu čepici. Ta se jmenuje Generalized Multi-Protocol Label Switching (GMPLS) a zatím se teprve utváří.

Přestože plně optické přepínače již jsou na trhu, zbývá k vyřešení ještě řada problémů. Ty nejpalčivější leží v oblasti standardizace. Bez problémů postavíte plně optickou síť z produktů jednoho výrobce. Ovšem když se budete chtít propojit s někým, kdo zvolil jiného dodavatele, máte o zábavu postaráno.

Našli jste v článku chybu?