Rete dati ottica

IP su WDM, come definito oggi, impone una visione restrittiva delle capacità che le reti di dati e le reti ottiche possono fornire. I vincoli, introdotti da un singolo stack di protocollo e non utilizzando appieno le capacità di rete a livello ottico, sono molto restrittivi per alcune applicazioni di rete.

Le tendenze di rete sopra menzionate richiedono una piattaforma di rete ottica in grado di supportare una varietà di stack di protocolli, architetture di rete e opzioni di protezione e ripristino in modo indipendente dal segnale del client. La scelta POS su WDM punto-punto è la migliore per alcune delle applicazioni di rete nelle reti di dati ad alta velocità, ma certamente non per tutte. Inoltre, la piattaforma ottica selezionata per implementare e distribuire queste future reti di dati deve garantire che i nuovi e imprevisti mapping stack di protocollo possano essere facilmente adattati e possano ricevere le stesse funzionalità di rete dalla rete a livello ottico senza la necessità di una conversione intermedia del protocollo.

Il networking ottico dei dati è un approccio alternativo che non cerca di ridurre l'eterogeneità degli stack di protocolli e delle architetture di rete, ma piuttosto sfrutta l'eterogeneità per fornire soluzioni di rete su misura per ogni particolare applicazione e segmento del provider di rete. La rete dati ottica combina funzionalità di rete sia a livello di servizio che a livello di trasporto.

Componente principale della rete dati ottica

La diversità degli stack di protocollo, riflessa nella molteplicità dei tipi di segnali client da supportare nell'OTN, è soddisfatta dall'uso di wrapper digitali. L'utilizzo di funzionalità di rete ottica reale offre ulteriore flessibilità e robustezza tramite routing OCh, monitoraggio di guasti e prestazioni, protezione e ripristino, tutti eseguiti su base selettiva per OCh. Tutti questi elementi combinati insieme rendono una soluzione di rete potente e flessibile che è a prova di futuro e aperta a qualsiasi visione particolare dei fornitori di servizi dati.

Questa tecnologia è conveniente e più flessibile per l'aggiornamento della capacità del canale, l'aggiunta / eliminazione di canali, il reindirizzamento e la distribuzione del traffico, supportando tutti i tipi di topologia di rete e sistemi di protezione e sincronizzazione. Di seguito sono riportati i componenti principali:

• TP (Transponder)
• VOA (attenuatore ottico variabile)
• MUX (multiplexer)
• DEMUX (De-multiplexer)
• BA (amplificatore booster)
• Linea (OFC media)
• LA (amplificatore di linea)
• PA (preamplificatore)
• OSC (Optical Supervisory Channel)

Transponder

Questa unità è un'interfaccia tra il segnale ottico a impulso largo STM-n e le apparecchiature MUX / DEMUX. Questo segnale ottico può essere localizzato o proveniente da diversi mezzi fisici, diversi protocolli e tipi di traffico. Converte il segnale di impulso ampio in una lunghezza d'onda stretta (spot o frequenza colorata) dell'ordine del nano-metro (nm) con spaziatura di 1,6 nm; invio a MUX.

Nella direzione inversa, l'uscita colorata dal DEMUX viene convertita in un segnale ottico ad ampio impulso. Il livello di potenza in uscita è compreso tra +1 e –3 dBm in entrambe le direzioni. La conversione è ottica in elettrica ed elettrica in ottica (da O a E e da E a O) nel metodo 2R o 3R.

In 2R vengono eseguiti rigenerazione e rimodellamento, mentre in 3R vengono eseguiti rigenerazione, rimodellamento e rimodellamento. TP può dipendere dal colore della lunghezza d'onda e dal bit rate o può essere regolato per entrambi (costoso e non utilizzato). Tuttavia, in 2R, qualsiasi bit rate, PDH, STM-4 o STM-16 può essere la velocità del canale. L'unità ha una limitazione con la sensibilità del ricevitore e il punto di sovraccarico.

Sebbene lo stadio elettrico intermedio sia inaccessibile, i byte overhead di STN-n vengono utilizzati a scopo di supervisione. Questa unità supporta anche il funzionamento in sicurezza ottica (ALS) sulla raccomandazione ITU-T G.957.

Attenuatore ottico variabile (VOA)

Questa è una rete passiva come la pre-enfasi richiesta per regolare la distribuzione uniforme del livello del segnale sulla banda EDFA in modo che la potenza di uscita ottica del singolo canale dell'unità Mux rimanga la stessa indipendentemente dal numero di canali caricati nel sistema.

L'attenuatore ottico è simile a un semplice potenziometro o circuito utilizzato per ridurre un livello di segnale. L'attenuatore viene utilizzato ogni volta che è necessario eseguire il test delle prestazioni, ad esempio, per vedere come l'errore di bit viene influenzato dalla variazione del livello del segnale nel collegamento. Un modo è avere una precisa configurazione meccanica in cui il segnale ottico passa attraverso una lastra di vetro con diversa quantità di oscurità e poi torna alla fibra ottica, come mostrato in figura.

La lastra di vetro ha una densità di grigio che va dallo 0% a un'estremità al 100% all'altra estremità. Quando la piastra viene spostata attraverso lo spazio, viene lasciata passare più o meno energia luminosa. Questo tipo di attenuatore è molto preciso e può gestire qualsiasi lunghezza d'onda della luce (poiché la piastra attenua qualsiasi energia luminosa della stessa quantità, indipendentemente dalla lunghezza d'onda), ma è meccanicamente costoso.

Multiplexer (MUX) e Demultiplexer (De-MUX)

Poiché i sistemi DWDM inviano segnali da diverse stazioni su una singola fibra, devono includere alcuni mezzi per combinare i segnali in ingresso. Questo viene fatto con l'aiuto di un multiplexer, che prende le lunghezze d'onda ottiche da più fibre e le converte in un raggio. All'estremità ricevente, il sistema deve essere in grado di separare le lunghezze d'onda trasmesse del raggio di luce in modo che possano essere rilevate con discrezione.

I demultiplatori svolgono questa funzione separando il raggio ricevuto nelle sue componenti di lunghezza d'onda e accoppiandole in singole fibre.

Multiplexer e demultiplexer possono essere passivi o attivi nella progettazione. Il design passivo utilizza prismi, reticoli di diffrazione o filtri mentre il design attivo combina dispositivi passivi con filtri sintonizzabili.

Le sfide principali in questi dispositivi sono ridurre al minimo la diafonia e massimizzare la separazione dei canali (la differenza di lunghezza d'onda tra due canali adiacenti). Il crosstalk è una misura di quanto bene i canali sono separati, mentre la separazione dei canali si riferisce alla capacità di distinguere ciascuna lunghezza d'onda.

Tipi di multiplexer / demultiplexer

Tipo di prisma

Una semplice forma di multiplexing o demultiplexing di lunghezze d'onda può essere eseguita utilizzando un prisma.

Un raggio parallelo di luce policromatica colpisce la superficie di un prisma e la lunghezza d'onda di ogni componente viene rifratta in modo diverso. Questo è ilrainbow effect. Nella luce emessa, ciascuna lunghezza d'onda è separata dalla successiva da un angolo. Una lente focalizza quindi ciascuna lunghezza d'onda nel punto in cui deve entrare in una fibra. I componenti possono essere utilizzati al contrario per multiplexare diverse lunghezze d'onda su una fibra.

Tipo di reticolo di diffrazione

Un'altra tecnologia si basa sul principio della diffrazione e dell'interferenza ottica. Quando una sorgente di luce policromatica colpisce il reticolo di diffrazione, ciascuna lunghezza d'onda viene diffratta con un angolo diverso e quindi in un punto diverso nello spazio. Utilizzando una lente, queste lunghezze d'onda possono essere focalizzate su singole fibre, come mostrato nella figura seguente.Bragg grating, è un semplice componente passivo, che può essere utilizzato come specchi selettivi della lunghezza d'onda e sono ampiamente utilizzati per aggiungere e eliminare canali nei sistemi DWDM.

I reticoli di Braggs sono realizzati utilizzando un raggio laser ultravioletto per illuminare il nucleo di una fibra monomodale attraverso una maschera di fase. La fibra è drogata con fosforo, germanio o boro per renderla fotosensibile. Dopo che la luce è passata attraverso la maschera, viene prodotto un motivo a frange, che viene "stampato" nella fibra. Questo crea una modulazione periodica permanente dell'indice di rifrazione del nucleo in fibra di vetro. Il reticolo finito riflette la luce alla lunghezza d'onda di Bragg (pari al doppio della spaziatura ottica tra le regioni di indice alto e basso) e trasmette tutte le altre lunghezze d'onda.

Griglia di Bragg sintonizzabile

Un reticolo in fibra di Bragg può essere incollato a un elemento piezoelettrico. Applicando una tensione all'elemento, l'elemento si allunga in modo che il reticolo venga allungato e la lunghezza d'onda di Bragg si sposti su una lunghezza d'onda maggiore. I dispositivi attuali possono fornire un intervallo di sintonizzazione di 2 nm per un ingresso di 150v.

Griglia di guida d'onda disposta

Anche i reticoli in guida d'onda disposti (AWG) si basano su principi di diffrazione. Un dispositivo AWG, a volte chiamato router a guida d'onda ottica o router a reticolo di guida d'onda, è costituito da una matrice di guida d'onda a canale curvo con una differenza fissa nella lunghezza del percorso tra canali adiacenti. Le guide d'onda sono collegate alle cavità in ingresso e in uscita.

Multiplexer ottico

Quando la luce entra nella cavità di ingresso, viene diffratto ed entra nella matrice della guida d'onda. Pertanto la differenza di lunghezza ottica di ciascuna guida d'onda introduce ritardi di fase nella cavità di uscita, dove viene accoppiato un array di fibre. Il processo si traduce in diverse lunghezze d'onda con la massima interferenza in una posizione diversa, che corrisponde alle porte di uscita.

Filtri di interferenza multistrato

Una tecnologia diversa utilizza filtri di interferenza in dispositivi chiamati filtri a film sottile o filtri di interferenza multistrato. Posizionando i filtri, costituiti da film sottili nel percorso ottico, è possibile demultiplare la lunghezza d'onda. La proprietà di ogni filtro è tale che trasmette una lunghezza d'onda, riflettendone le altre. Mettendo in cascata questi dispositivi, molte lunghezze d'onda possono essere demultiplate.

I filtri offrono una buona stabilità e isolamento tra i canali a un costo moderato, ma con un'elevata perdita di inserzione (gli AWG mostrano una risposta spettrale piatta e una bassa perdita di inserzione). Lo svantaggio principale del filtro è che sono sensibili alla temperatura e potrebbero non essere praticamente utilizzati in tutti gli ambienti. Tuttavia, il loro grande vantaggio è che possono essere progettati per eseguire simultaneamente operazioni di multiplexing e demultiplexing.

Tipo di accoppiamento dell'OM

L'accoppiamento OM è una superficie interattiva con due o più fibre saldate insieme. Generalmente, viene utilizzato per l'OM ei suoi principi di funzionamento sono illustrati nella figura seguente.

Il giunto OM può svolgere solo la funzione di multiplexing con bassi costi di produzione. Il suo difetto è l'elevata perdita di inserzione. Attualmente, l'OM utilizzato nelle apparecchiature DWDM di ZTWE utilizza l'accoppiamento OM. L'OD adotta i componenti AWG.

Amplificatori booster (amplificatori ottici)

A causa dell'attenuazione, ci sono dei limiti per quanto tempo un segmento di fibra può propagare un segnale con integrità, prima che debba essere rigenerato. Prima dell'arrivo degli amplificatori ottici (OA), doveva esserci un ripetitore per ogni segnale trasmesso. L'OA aveva reso possibile amplificare tutte le lunghezze d'onda contemporaneamente e senza conversione Ottico-Elettrica-Ottica (OEO). Oltre ad essere utilizzati nei collegamenti ottici (come ripetitore), gli amplificatori ottici possono essere utilizzati anche per aumentare la potenza del segnale dopo il multiplexing o prima del demultiplexing.

Tipi di amplificatori ottici

In ogni percorso ottico, gli amplificatori ottici sono stati utilizzati come ripetitori in modalità simplex. Una fibra è stata utilizzata nel percorso di invio e la seconda fibra è stata utilizzata nel percorso di ritorno. Gli ultimi amplificatori ottici funzioneranno in due direzioni contemporaneamente. Possiamo anche usare la stessa lunghezza d'onda in due direzioni, a condizione che vengano impiegati due differenti bit rate. Pertanto, una singola fibra può essere utilizzata per il funzionamento duplex.

Gli amplificatori ottici devono inoltre avere una larghezza di banda sufficiente per far passare una gamma di segnali operanti a diverse lunghezze d'onda. Ad esempio, uno SLA con una larghezza di banda spettrale diciamo di 40 nm, può gestire una decina di segnali ottici.

Nel sistema a 565 mb / s, per un collegamento ottico di 500 km, sono necessari cinque amplificatori ottici SLA, distanziati ad un intervallo di 83 km. Ogni amplificatore fornisce un guadagno di circa 12 dB, ma introduce anche rumore nel sistema (BER di 10-9.)

Gli amplificatori SLA presentano i seguenti svantaggi:

• Sensibile alle variazioni di temperatura
• Sensibile alle variazioni di tensione di alimentazione
• Sensibile alle vibrazioni meccaniche
• Unreliable
• È incline al crosstalk

Amplificatore in fibra drogata all'erbio (EDFA)

Nei sistemi DWDM vengono utilizzati gli EDFA. L'erbio è un elemento delle terre rare che, quando eccitato, emette luce intorno a 1,54 micrometri, che è la lunghezza d'onda a bassa perdita per le fibre ottiche utilizzate nel DWDM. Un segnale debole entra nella fibra drogata con erbio, nella quale viene iniettata luce a 980 nm o 1480 nm utilizzando un laser a pompa.

Questa luce iniettata stimola gli atomi di erbio a rilasciare la loro energia immagazzinata sotto forma di luce aggiuntiva a 1550 nm. Il segnale diventa forte. Le emissioni spontanee negli EDFA aggiungono anche la cifra di rumore di un EDFA. Gli EDFA hanno una larghezza di banda tipica di 100 nm e sono necessari a un intervallo di 80-120 km lungo il percorso ottico.

Anche l'EDFA soffre di un effetto chiamato four-wave-mixinga causa dell'interazione non lineare tra i canali adiacenti. Quindi, aumentare la potenza dell'amplificatore per aumentare la distanza tra i ripetitori porta a una maggiore diafonia.

Amplificatore Raman

L'uso di amplificatori SLA ed EDFA in WDM è limitato come già descritto e, i moderni sistemi WDM si stanno rivolgendo all'amplificazione Raman, che ha una larghezza di banda di circa 300 nm. Qui, il laser della pompa si trova all'estremità ricevente della fibra. La diafonia e il rumore sono notevolmente ridotti. Tuttavia, l'amplificazione Raman richiede l'utilizzo di un laser ad alta pompa.

La dispersione nella fibra aiuta effettivamente a ridurre al minimo l'effetto di "miscelazione a quattro onde". Sfortunatamente, i primi collegamenti ottici spesso utilizzavano fibre a dispersione zero nel tentativo di ridurre al minimo la dispersione su lunghe distanze, quando queste stesse fibre vengono aggiornate per trasportare segnali WDM; non sono il mezzo ideale per segnali ottici a banda larga.

Si stanno sviluppando speciali fibre monomodali per l'uso con WDM. Questi hanno segmenti alternati di fibre di dispersione positiva e negativa, quindi la dispersione totale è pari a zero. I singoli segmenti, tuttavia, forniscono la dispersione per impedire la miscelazione a quattro onde.

Amplificatori di linea

È un amplificatore EDFA a due stadi composto da preamplificatore (PA) e amplificatore booster (BA). Senza i due stadi non è possibile amplificare il segnale fino a 33 dB secondo il principio EDFA (per evitare il rumore generato dall'emissione spontanea). L'amplificatore di linea (LA) compensa la perdita di linea di 22 dB o 33 dB rispettivamente per i sistemi a lungo e molto lungo raggio. È interamente un dispositivo di fase ottica.

Linea (OFC) Media

Questo è il supporto in fibra ottica su cui viaggiano i segnali DWDM. L'attenuazione e la dispersione sono i principali fattori di limitazione che determinano la distanza di trasmissione, la capacità di bit rate, ecc. Normalmente, 22dB e 33dB sono considerati come perdita di linea rispettivamente per la lunghezza del salto dei sistemi a lungo raggio e molto lungo.

La lunghezza d'onda della linea a lunghissimo raggio può essere di 120 km senza ripetitore (LA). Tuttavia, con un numero di ripetitori in cascata, la lunghezza può arrivare fino a 600 km, che può essere ulteriormente aumentata fino a 1200 km utilizzando il modulo di compensazione della dispersione. Dopo una tale distanza, necessita di rigenerazione nello stadio elettrico invece del ripetitore nel solo stadio ottico.

Preamplificatore (PA)

Questo amplificatore da solo viene utilizzato al terminale per interfacciare il DEMUX e la linea per la ricezione del segnale proveniente dalla stazione distante. Quindi, il segnale di linea attenuato viene amplificato a un livello da +3 dBm a 10 dBm prima di entrare nell'unità DEMUX.

Canale di supervisione ottico

La funzione di trasmissione di dati aggiuntivi (2 mbps: EOW, dati specifici dell'utente ecc. Tramite interfaccia) a una lunghezza d'onda separata (1480 nm secondo la Raccomandazione ITU-T G-692) di livello ottico inferiore senza alcuna disposizione di sicurezza ottica, accompagnata da e indipendente dal segnale stradale ottico STM-n principale, viene eseguito dall'OSC. EOW (da 0,3 a 3,4 KHz) per il canale selettivo e omnibus è di 64 kbps nel codice PCM a 8 bit.

L'Optical Supervisory Channel (OSC) aiuta a controllare e monitorare i dispositivi di linea ottica, nonché la gestione della posizione dei guasti, della configurazione, delle prestazioni e della sicurezza ottenuta utilizzando LCT.