Слепов Н.Н. Современные технологии Цифровых оптоволоконных сетей связи (ATM, PDH, SDH, SONET и WDM)
Подождите немного. Документ загружается.
Оглавление
425
6.2.2.1. Функциональные блоки и их компоненты ....................................................................194
6.2.2.2. Информационный аспект архитектуры...........................................................................197
6.2.2.3. Общий аспект архитектуры TMN...................................................................................199
6.2.2.4. Логическая многоуровневая архитектура TMN.............................................................200
6.2.2.5. Примеры реализации DCN в сетях SDH.........................................................................201
6.3. Общая схема управления сетью SDH.......................................................................................................202
6.3.1 Подсеть SMS сети управления SMN...............................................................................................203
6.3.2. Функции управления......................................................................................................................203
6.3.2.1. Общие функции управления ...........................................................................................203
6.3.2.2. Управление сообщениями об аварийных ситуациях......................................................204
6.3.2.3. Управление рабочими характеристиками .....................................................................205
6.3.2.4. Управление конфигурацией............................................................................................206
6.3.3. Протоколы и внутрисистемные взаимодействия ........................................................................206
6.3.3.1. Обзор используемых протоколов ...................................................................................207
6.3.3.2. Внутрисистемные взаимодействия.................................................................................208
6.3.4. Интерфейсы взаимодействия ........................................................................................................208
6.3.4.1. Q-интерфейс .....................................................................................................................208
6.3.4.2. F-интерфейс......................................................................................................................210
6.4. Методы управления сетью SDH...............................................................................................................211
6.4.1. Элемент-менеджер ........................................................................................................................211
6.4.1.1. Управление синхронизацией...........................................................................................212
6.4.1.2. Конфигурирование кросс-соединений ...........................................................................213
6.4.1.3. Мониторинг аварийных сообщений и рабочих характеристик.....................................213
6.4.2. Сетевой менеджер ..........................................................................................................................214
6.4.2.1. Обработка аварийных сообщений...................................................................................216
6.4.2.2. Управление рабочими характеристиками.......................................................................216
6.4.2.3. Управление конфигурацией............................................................................................216
6.4.2.4. Управление маршрутизацией потоков данных в сети....................................................217
6.4.2.5. Управление программой обслуживания сети и тестирования ее элементов ................217
6.4.2.6. Управление безопасностью системы .............................................................................217
6.4.2.7. Административное управление.......................................................................................218
6.4.3. Сеть управления на основе каналов DCC......................................................................................218
6.4.3.1. Спецификация интерфейсов управления .......................................................................219
6.4.3.2. Адресация точки доступа сетевого сервиса NSAP........................................................219
6.4.3.3. Использование сети Ethernet для управления.................................................................220
6.4.3.4. Служебные каналы и внешние интерфейсы...................................................................220
6.5. Физический интерфейс G.703....................................................................................................................222
6.5.1. Физические и электрические характеристики интерфейса G.703 ...............................................223
6.5.1.1. Основные характеристики интерфейса ..........................................................................223
6.5.1.2.Тип организации взаимодействия аппаратуры интерфейса...........................................223
6.5.1.3. Особенности других характеристик интерфейса...........................................................224
6.5.1.4. Интерфейс сигнала синхронизации 2048 кГц ...............................................................226
6.5.2. Реализация интерфейса G.703.......................................................................................................226
6.5.3. Подключение сети с интерфейсом G.703 к аппаратуре пользователя .......................................227
Глава 7. Основные элементы расчета сетей SDH......................................................................................... 229
7.1. Этапы проектирования и Техническое задание на проектирование сети .............................................229
7.1.1. ТЗ на проектирование сети SDH ..................................................................................................230
7.1.2. Выбор топологии ...........................................................................................................................230
7.2. Выбор оборудования и схемы функциональной связи узлов……………………….............................232
7.2.1 Выбор требуемого оборудования .................................................................................................232
7.2.2. Номенклатура сменных блоков SDH компании Nokia................................................................232
7.2.3. Конфигурация мультиплексорных узлов и составление спецификации оборудования ..........233
7.3. Формирование сети управления и синхронизации .................................................................................235
7.3.1. Определение адресов NSAP для узлов сети ................................................................................236
7.3.2. Формирование сети синхронизации ............................................................................................236
7.3.3. Соединение и конфигурирование узлов и маршрутизация потоков ...........................................237
7.4. Заключение и некоторые дополнения......................................................................................................238
7.4.1. Вместо заключения .......................................................................................................................238
Оглавление
426
7.4.2. Об использовании разветвителей для расширения возможностей сетей SDH..........................239
Глава 8. Введение в технологию ATM............................................................................................................ 240
8.1. Основные сведения....................................................................................................................................240
8.1.1. Исходные предпосылки создания ATM .......................................................................................240
8.1.2. Назначение систем ATM...............................................................................................................240
8.1.3. Претензии на универсальность .....................................................................................................240
8.1.4. Скорости передачи ........................................................................................................................241
8.1.5. Размер пакета .................................................................................................................................241
8.1.6. Стандартизация ATM ....................................................................................................................242
8.1.7. Организация сети ATM .................................................................................................................242
8.1.7.1. Схема структурной организации сети............................................................................242
8.1.7.2. Топологическая модель канала ATM.............................................................................243
8.1.7.3. Топология сетей ATM.....................................................................................................243
8.1.8. Трафик ATM и адресация сообщений .........................................................................................244
8.1.8.1. Виртуальная адресация...................................................................................................244
8.1.8.2. Мультиплексирование и коммутация............................................................................245
8.1.8.3. Типы используемых соединений....................................................................................245
8.2. Модель B-ISDN и уровни ATM.................................................................................................................246
8.2.1. Эталонная модель B-ISDN ........................................................................................................... 246
8.2.2. Уровни модели ATM и классы трафика.......................................................................................246
8.2.3. Функции и связь уровней B-ISDN, ATM и OSI...........................................................................247
8.3. Взаимодействие уровней AAL, ATM и сети ATM....................................................... ..........................248
8.3.1. Взаимодействие уровней при передаче/приеме ...........................................................................248
8.3.2. Стек протоколов и прохождение ячеек через сеть.......................................................................249
8.4. Ячейки ATM .............................................................................................................................................250
8.4.1. Структура ячеек ATM ...................................................................................................................250
8.4.2. Особенности операций с ячейками...............................................................................................251
8.5. Уровень адаптации ATM..........................................................................................................................252
8.5.1. Уровень адаптации AAL-1.............................................................................................................252
8.5.1.1. Блок PDU для AAL-1 ......................................................................................................253
8.5.2. Уровень адаптации AAL-2 ............................................................................................................254
8.5.2.1. Блок PDU для AAL-2.......................................................................................................255
8.5.3. PDU для AAL-3/4...........................................................................................................................256
8.5.4. PDU для AAL-5 ..............................................................................................................................257
8.5.5. Дополнительные классы трафика.................................................................................................257
8.6. Коммутация потоков ячеек ATM .............................................................................................................257
8.6.1. Коммутация и маршрутизация на основе заголовка ячейки.......................................................258
8.6.2. Временные и пространственные коммутаторы...........................................................................258
8.6.2.1. Временные коммутаторы................................................................................................258
8.6.2.2. Пространственные коммутаторы ...................................................................................259
8.6.3. Прокладка маршрутов в сети ATM..............................................................................................260
8.7. Использование сети ATM в качестве магистральной.............................................................................261
8.7.1. Управление вызовом и соединением ...........................................................................................261
8.7.1.1. Соединение по требованию ............................................................................................262
8.7.1.2. Адресация в сетях ATM ..................................................................................................262
8.7.1.3. Процедура установления и разрыва соединения ..........................................................265
8.7.2. Метод туннельной проводки.........................................................................................................267
8.8. Взаимодействие сети ATM и ЛВС...........................................................................................................268
8.8.1. LAN-эмуляция ................................................................................................................................268
8.8.1.1. Идея и версии LAN-эмуляции ........................................................................................268
8.8.1.2. Описание сервиса LAN-эмуляции..................................................................................269
8.8.1.3. Уровневая архитектура LAN-эмуляции.........................................................................270
8.8.1.4. Компоненты LAN-эмуляции и их функции...................................................................271
8.8.1.5. Соединения, осуществляемые при LAN-эмуляции........................................................271
8.8.1.6. Этапы и сервисные функции LAN-эмуляции................................................................273
8.8.2. Технология МРОА.........................................................................................................................274
8.8.2.1. Компоненты МРОА .........................................................................................................274
8.8.2.2. Потоки информации и управления в схеме организации МРОА..................................275
Оглавление
427
8.8.2.3. Операции, осуществляемые в системе МРОА………………………………………....276
8.8.2.4. Пример оптимального (короткого) соединения в системе МРОА...............................276
8.9. Отображение потоков ячеек ATM на физический уровень....................................................................277
8.9.1. Упаковка ячеек ATM в полезную нагрузку виртуальных контейнеров SDH.............................277
8.9.1.1. Общие правила упаковки ячеек ......................................................................................277
8.9.1.2. Отображение ячеек ATM на виртуальные контейнеры ................................................278
8.9.2. Упаковка ячеек ATM в оболочку полезной нагрузки SONET....................................................279
8.9.3. Упаковка ячеек ATM в фреймы PDH...........................................................................................280
8.9.3.1. Упаковка ячеек в фреймы Е1..........................................................................................280
8.9.3.2. Упаковка ячеек в фреймы ЕЗ .................................................................................... .....280
8.9.3.3. Упаковка ячеек в фреймы Е4..........................................................................................280
8.9.4. Упаковка ячеек ATM в кадры системы DS3 ................................................................................281
8.10. Управление трафиком и качество обслуживания в сетях ATM...........................................................281
8.11. Заключение...............................................................................................................................................282
Глава 9. Введение в оптические синхронные цифровые сети.................................................................... 283
9.1. Оптическое волокно как среда передачи ...............................................................................................284
9.1.1. Основные понятия, важные при использовании оптического волокна ....................................284
9.1.1.1. Физические понятия .......................................................................................................284
9.1.1.2. Другие важные особенности..............................................….........................................285
9.1.2. Свойства волокна, основанные на законах геометрической оптики...........................................285
9.1.2.1. Полное внутреннее отражение .......................................................................................286
9.1.2.2. Числовая апертура ..........................................................................................................286
9.1.3. Свойства волокна, основанные на законах электромагнитного поля ........................................287
9.1.3.1. Моды колебаний..............................................................................................................287
9.1.3.2. Частота отсечки и нормированная частота моды..........................................................288
9.1.3.3. Диаметр поля моды .........................................................................................................289
9.1.3.4. Число мод многомодового волокна................................................................................290
9.1.4. Профиль изменения показателя преломления.............................................................................290
9.1.5. Основные характеристики оптических потерь волокна..............................................................291
9.1.5.1. Общая функция потерь ...................................................................................................291
9.1.5.2. Релеевское рассеяние......................................................................................................292
9.1.5.3. Поглощение примесей .....................................................................................................293
9.1.5.4. Потери на изгибах и макронеоднородностях ................................................................293
9.1.6. Основные характеристики искажений оптического сигнала.......................................................293
9.1.6.1. Дисперсия.........................................................................................................................294
9.1.6.2. Методы компенсации дисперсии ...................................................................................296
9.1.7. Нелинейные эффекты в волоконных световодах ........................................................................ 297
9.1.7.1. Нелинейное преломление, ФСМ и ФКМ....................................................................... 297
9.1.7.2. Вынужденное неупругое рассеяние................................................................................ 298
9.1.7.3. Модуляционная неустойчивость .................................................................................... 299
9.1.7.4. Четырехволновое смешение .......................................................................................... 299
9.1.8. Оптические солитоны ................................................................................................................... 301
9.1.8.1. Физика солитонов............................................................................................................ 302
9.1.8.2. Методы формирования солитонов................................................................................. 304
9.1.8.3. Основные эффекты и ограничения, связанные с солитонами....................................... 304
Глава 10. Функциональные элементы оптических сетей ...........................................................................307
10.1. Оптические усилители............................................................................................................................ 307
10.1.1. Основные особенности оптических усилителей....................................................................... 308
10.1.1.1. Принцип действия оптического усилителя ................................................................ 308
10.1.1.2. Коэффициент усиления среды и усилителя................................................................ 309
10.1.1.3. Мощность насыщения Р
н
.............................................................................................. 3.10
10.1.1.4. Источники шума и динамический диапазон................................................................ 311
10.1.2. Полупроводниковые оптические усилители ............................................................................ 312
10.1.2.1. Принцип действия ППОУ............................................................................................. 312
10.1.2.2. Типы полупроводниковых ОУ......................................................................................312
10.1.2.3. Характеристики ППОУ..................................................................................................313
10.1.2.4. Применение ППОУ........................................................................................................315
10.1.3. Оптические усилители, использующие нелинейные явления в ОВ ........................................315
Оглавление
428
10.1.3.1. Волоконные ВКР-усилители ....................................................................................... 315
10.1.3.2. Волоконные ВРМБ-усилители .................................................................................... 316
10.1.3.3. Параметрические усилители......................................................................................... 316
10.1.4. Оптические усилители на ОВ, легированном РЗЭ ................................................................... 316
10.1.4.1. Особенности работы ОУ................................................................................................316
10.1.4.2. Усилители для окна 1300 нм ........................................................................................ 317
10.1.4.3. Усилители для окна 1550 нм ........................................................................................ 317
10.1.5. Практическая реализация оптических усилителей ................................................................... 319
10.1.5.1. Реализация усилителей EDFA....................................................................................... 320
10.1.6. Схемы и параметры промышленных оптических усилителей ...................................................321
10.1.7. Разработка сверхширокополосных оптических усилителей ..................................................... 323
10.2. Оптическая коммутация и коммутаторы............................................................................................... 325
10.2.1. Типы базовых оптических кросс-коммутаторов ...................................................................... 325
10.2.1.1. Механические оптические коммутаторы ..................................................................... 326
10.2.1.2. Электрооптические коммутаторы................................................................................. 326
10.2.1.3. Термооптические коммутаторы .................................................................................... 327
10.2.1.4. Оптоэлектронные коммутаторы на основе ППОУ ...................................................... 328
10.2.1.5. Интегральные активно-волноводные коммутаторы.................................................... 328
10.2.1.6. Коммутаторы на фотонных кристаллах........................................................................ 330
10.2.1.7. Коммутаторы на многослойных световодных жидкокристаллических матрицах .......331
10.2.1.8. Коммутаторы на матрицах оптоэлектронных вентилей, коммутируемых лазерным
лучом............................................................................................................................... 332
10.2.2. Логика и топология многокаскадных оптических коммутаторов............................................. 333
10.2.2.1. Логика коммутации базовых элементов размера 2x2.................................................334
10.2.2.2. Древовидные сети типа Баньян ....................................................................................335
10.2.3. Особенности построения многокаскадных оптических коммутаторов................................... 337
10.2.3.1. Схема матричного кросс-коммутатора (crossbar)....................................................... 338
10.2.3.2. Схема КССБенеша ........................................................................................................339
10.2.3.3. Схема КСС Шпанке-Бенеша ........................................................................................ 339
10.2.3.4. Схема КСС Шпанке ...................................................................................................... 340
10.3. Оптические волновые конверторы ........................................................................................................341
10.3.1. Типы волновых конверторов...................................................................................................... 341
10.3.1.1. Оптоэлектронные конверторы ..................................................................................... 341
10.3.1.2. Конверторы на основе оптической перекрестной модуляции ....................................342
10.3.1.3. Конверторы на основе эффекта четырехволнового смешения ...................................343
10.3.1.4. Конверторы на основе других нелинейных эффектов.................................................344
10.4. Оптические модуляторы.........................................................................................................................345
10.4.1. Форматы линейных кодов ..........................................................................................................345
10.4.2. Методы модуляции оптической несущей .................................................................................346
10.4.2.1. Непосредственная модуляция оптической несущей....................................................346
10.4.2.2. Модуляция с использованием внешнего модулятора ................................................346
10.4.3. Типы оптических модуляторов ...................................................................................................347
10.4.3.1. Акустооптические модуляторы ....................................................................................347
10.4.3.2. Электрооптические модуляторы...................................................................................348
10.4.3.3. Электрооптические модуляторы, использующие ППОУ.............................................350
10.5. Оптические мультиплексоры ввода-вывода..........................................................................................351
10.5.1. Структура оптических мультиплексоров первого поколения ...................................................351
10.5.2. Структура оптических мультиплексоров второго поколения ...................................................352
10.5.3. Оптические технологии ввода-вывода несущих .......................................................................353
10.5.3.1. Основные требования, предъявляемые к фильтрам ввода-вывода .............................353
10.5.3.2. Фильтры на основе оптоволоконных дифракционных решеток Брэгга .....................354
10.5.3.3. Фильтры на основе резонатора Фабри-Перо ...............................................................355
10.5.3.4. Интерференционные фильтры на тонких пленках.......................................................356
10.5.3.5. Поляризационные фильтры на жидких кристаллах.....................................................357
10.5.3.6. Акусто-оптические перестраиваемые фильтры...........................................................358
Глава 11. Новые технологии оптических сетей связи .................................................................................359
11.1. Основы технологии WDM......................................................................................................................359
11.1.1. Введение в технологию WDM.....................................................................................................359
Оглавление
429
11.1.2. Модель взаимодействия транспортных технологий...................................................................360
11.1.3. Блок-схема систем с WDM.......................................................................................................... 361
11.1.3.1.Узкополосные и широкополосные WDM..................................................................... 362
11.1.4. Канальный (частотный) план……………………………………………………………………362
11.1.4.1. Стандартный канальный план .......................................................................................362
11.1.4.2. Перспективный канальный план............................................................................ .......364
11.1.5. Классификация WDM на основе канального плана....................................................................365
11.1.6. Технологии и схемы реализации мультиплексных модулей WDM ....................................... 365
11.1.6.1. Технология мультиплексирования на основе интерференционных фильтров ..........366
11.1.6.2. Технология мультиплексирования на основе явления угловой дисперсии................366
11.1.6.3. Современные технологии мультиплексирования.........................................................367
11.1.7. Характеристики промышленных мультиплексоров WDM ......................................................370
11.1.8. Практический пример 8-канального мультиплексора WDM.................................................... 375
11.2. Основы солитонных линий связи .......................................................................................................... 377
11.2.1. Экспериментальные солитонные линии связи..........................................................................378
11.2.2. Использование солитонных генераторов на существующих линиях SDH..............................380
11.2.3. Перспективы использования солитонных линий связи.............................................................381
11.2.3.1. Перспективы повышения скорости передачи .............................................................381
11.2.3.2. Перспективы увеличения длины регенерационного участка ....................................382
11.3. Перспективы использования полностью оптических сетей связи.......................................................382
Глава 12. Характеристики промышленных оптических волокон и кабелей ..........................................383
12.1. Классификация типов промышленных оптических волокон ..............................................................384
12.1.1. Классификация многомодовых волокон ....................................................................................384
12.1.2. Классификация одномодовых волокон ............................................................................... ......384
12.1.3. Классификация волокон по профилю показателя преломления...............................................385
12.1.4. Классификация волокон по характеристике дисперсии............................................................385
12.1.5. Классификация специальных типов волокон .............................................................................385
12.2. Характеристики промышленных оптических волокон.......................................................................... 385
12.2.1. Основные параметры многомодовых волокон...........................................................................386
12.2.2. Основные параметры одномодовых волокон............................................................................ 387
12.2.3. Рекомендации по применению волокон в системах связи PDH, SDH и WDM....................... 391
12.2.4. Применение волокна для компенсации дисперсии ................................................................... 392
12.2.5. Оптическое волокно, сохраняющего состояние поляризации.................................................. 394
12.3. Типы и характеристики промышленных оптических кабелей.............................................................394
12.3.1. Классификация типов оптических кабелей.................................................................................395
12.3.1.1. Кабели внутренней прокладки...................................................................................... 395
12.3.1.2. Кабели наружной прокладки ........................................................................................ 395
12.3.1.3. Специальные кабели...................................................................................................... 396
12.3.2. Типовые конструкции оптических кабелей................................................................................ 396
12.3.3. Основные параметры промышленных оптических кабелей ..................................................... 397
12.3.4. Оптические кабели воздушной подвески ................................................................................... 400
12.3.4.1. Типы кабелей, связанных с грозотросом .................................................................... 400
12.4. Маркировка оптических кабелей........................................................................................................... 401
12.4.1. Маркировка промышленных оптических кабелей .................................................................... 401
12.4.1.1. Маркировка кабелей ЗАО "Севкабель-оптик".............................................................402
12.4.1.2. Маркировка кабелей ЗАО "СОКК"..............................................................................404
12.4.1.3. Маркировка кабелей ЗАО НФ "Электропровод".........................................................404
12.4.1.4. Маркировка кабелей по германскому национальному стандарту DIN.......................405
12.4.1.5. Маркировка кабелей компании Fujikura ......................................................................407
12.4.2. Предложения по унификации кодировки и маркировки оптических кабелей ........................407
12.4.2.1. Предложение по кодировке кабелей для баз данных...................................................407
12.4.2.2. Предложения по маркировке промышленных кабелей ................................................ 408
12.4.2.3. Унифицированная маркировка кабеля..........................................................................409
Оптимизация числа параметров маркировки ...............................................................411
Глава 13. Стандарты и терминология цифровых сетей ..............................................................................412
13.1. Обзор стандартов цифровых сетей.........................................................................................................412
13.1.1. Организации по стандартизации.................................................................................................412
13.1.2. Краткий обзор стандартов SDH и PDH......................................................................................413
Оглавление
430
13.1.3. Краткий обзор стандартов волоконно-оптических сетей...........................................................415
13.1.5.1. Стандарты на оптическое волокно и ВОК .................................................................. 415
13.1.5.2. Стандарты на оптические функциональные компоненты и системы......................... 415
13.1.5.3. Стандарты на оптические транспортные сети и ВОЛС...............................................416
13.2. Терминология цифровых сетей ............................................................................................................. 416
13.2.1. Истоки появления новой терминологии.....................................................................................416
13.2.2. Об истоках разногласий в терминологии...................................................................................417
13.2.2.1. Замечание о терминах, используемых в технологиях PDH и SDH............................417
13.2.2.2. Замечание об использовании и переводе термина ATM .............................................419
13.2.3. Некоторые общие предложения по выбору терминологии .......................................................420
13.2.4. Некоторые предложения по выбору терминологии в цифровых технологиях ....................... 421