Компьютерные сети. 5-е издание

В оптоволоконных каналах используется особый вариант частотного уплотнения. Он называется спектральным уплотнением (WDM, Wavelength-Division Multiplexing).

Способ реализации частотного уплотнения в оптоволоконных линиях показан на рис. 2.36. Здесь четыре кабеля подходят к одному сумматору, и по каждому из них идет сигнал со своей энергией в своем частотном диапазоне. Четыре луча объединяются и дальше распространяются по одному волокну. На противоположном конце они расщепляются разветвителем. На каждом выходном кабеле имеется короткий специальный участок внутреннего слоя, который является фильтром, пропускающим сигнал только одной длины волны. Получающиеся сигналы могут быть направлены их месту назначения или повторно объединены разными способами для дальнейшей мультиплексной передачи.

Данный метод не представляет собой ничего нового. Это просто частотное уплотнение на очень высоких частотах. Этот способ работы является просто мультиплексированием разделения частоты в очень высоких частотах, в терминах WDM оптические волоконные каналы описываются их длиной волны или «цветом», а не частотой. Поскольку каждый сигнал передается в своем частотном диапазоне, и эти диапазоны успешно разделяются, подобный вариант мультиплексирования может применяться для передачи на большие расстояния. Единственным отличием от электрического частотного уплотнения является в данном случае то, что система, использующаяся для уплотнения, то есть призма или дифракционная решетка, является абсолютно пассивным, а следовательно, чрезвычайно надежным элементом.

Рис. 2.36. Спектральное уплотнение

Причина, по которой спектральное уплотнение является популярным, в том, что один оптический кабель обычно работает на частоте не более нескольких гигагерц из-за невозможности более быстрого преобразования электрических сигналов в оптические и обратно. Однако, объединяя сигналы разных длин волн на одном кабеле, можно получить суммарную пропускную способность, линейно зависящую от числа каналов. Полоса пропускания одного волокна составляет 25 000 Гц (см. рис. 2.6), следовательно, теоретически даже при 1 бит/Гц можно разместить 2500 каналов по 10 Гбит/с (и более высокие скорости тоже возможны).

Технология WDM развивается с такой скоростью, что компьютерным технологиям остается только стыдиться перед ней своих темпов развития. Она была изобретена примерно в 1990 году. Первые коммерческие системы использовали 8 каналов по 2,5 Гбит/с на канал. К 1998 году на рынке появились уже 40-канальные системы с такой же пропускной способностью канала. В 2006 году уже были системы из 192 каналов по 10 Гбит/с и из 64 каналов по 40 Гбит/с. Такой емкости достаточно, чтобы передавать 80 полнометражных DVD-фильмов в секунду. Каналы также плотно размещены в волокне, разделенные 200, 100 или всего 50 ГГц. Эксперименты компаний, проведенные в лабораторных условиях, показали десятикратное превосходство этой технологии, но путь от лаборатории до внедрения обычно занимает несколько лет. Когда число каналов очень велико, а длины волн отличаются на очень малые величины, системы называют плотными WDM, или DWDM (Dense WDM).

Еще одной новой разработкой является оптический усилитель. Раньше необходимо было через каждые 100 км разбивать сигнал на каналы, преобразовывать оптические каналы в электрические и усиливать последние традиционным способом, после чего выполнять обратное преобразование и объединение. Теперь же любые оптические усилители могут регенерировать объединенный сигнал целиком через каждые 1000 км, при этом нет необходимости в оптоэлектрических преобразованиях.

В примере на рис. 2.36 изображена система с постоянными длинами волн. Данные из входного кабеля 1 попадают на выходной кабель 3, а из кабеля 2 — в кабель 1 и т. д. Однако можно построить и коммутируемые WDM-системы. В таком устройстве выходные фильтры настраиваются с помощью интерферометров Фабри—Перо или Маха—Цандера. Эти устройства позволяют выбранным частотам быть измененными динамически управляющим компьютером. Эта способность обеспечивает большую гибкость, чтобы обеспечить много путей с различной длиной волны через телефонную сеть от фиксированного набора волокон. Чтобы узнать больше про оптические сети и спектральное уплотнение, читайте Ramaswami и др. (2009).

2.6.5. Коммутация

С точки зрения среднего телефонного инженера, телефонная система состоит из двух частей: внешнего оборудования (местных телефонных линий и магистралей, вне коммутаторов) и внутреннего оборудования (коммутаторов), расположенного на телефонной станции. Мы рассмотрели внешнее оборудование. Теперь пора уделить внимание внутреннему.