Dwdm technologijos taikymo prieigos tinklams galimybių tyrimas
5 (100%) 1 vote

Dwdm technologijos taikymo prieigos tinklams galimybių tyrimas

Turinys

1. Įvadas 3

1.1 Optinė revoliucija 4

1.2 Užduoties analizė 5

1.3 Kas tai yra DWDM? 6

1.3.1 DWDM technologijos plėtra 7

1.3.2 Optinių skaidulų talpos didėjimas ir didinimo būdai 7

1.4 Optinės ryšio linijos (šviesolaidžiai) 9

1.4.1 Šviesos sklidimas šviesolaidyje 11

1.4.2 Optiniai kabeliai ir skaidulų sujungimai 12

1.4.3 Nuostoliai bei slopinimas šviesolaidžiuose 13

1.4.4 Šviesolaidžio perdavimo sistema 14

1.4.5 Šviesolaidžių privalumai ir trūkumai 15

1.5 DWDM sistema, jos pagrindiniai elementai ir veikimas 17

1.5.1 DWDM tinklo privalumai ir trūkumai 18

1.5.2 DWDM tinklo taikymai Lietuvoje ir pasaulyje 19

2. Analogiškų sistemų analitinė apžvalga 23

2.1 TDM sistemos 23

2.2 CWDM sistemos 24

3. DWDM sistemos struktūrinės schemos sudarymas 25

4. DWDM sistemos plano sudarymas 26

5. Įrangos parinkimas ir pagrindimas 28

6. Darbo rezultatų apibendrinimas 31

7. Naudota literatūra 33

1. Įvadas

Telekomunikacijos yra viena iš sparčiausiai besivystančių mokslo ir šiuolaikinės technikos sričių. Šiuolaikinės visuomenės neįmanoma įsivaizduoti be telekomunikacijų pasiekimų, kurie buvo realizuoti per paskutinį 100 – metį. Mūsų laikmečio skiriamuoju bruožu yra vis didėjantis poreikis perduoti informacijos srautus dideliais atstumais. Tai sąlygoja daugelis priežasčių, tačiau svarbiausia galime laikyti tai, kad ryšiai yra vienas iš galingiausių ekonomikos valdymo svertų. Elektros ryšiai labai sparčiai besikeisdami tampa įvairiapusiai ir globalūs, o pavienių įmonių, regionų ir valstybių ryšių infrastruktūra vis labiau integruojama į pasaulinę telekomunikacijų erdvę.

Šiuolaikinis optinės technikos lygis sudaro prielaidas kurti sparčiaveikius informacijos perdavimo tinklus, sudarytus vien iš optinių įtaisų. Pastaraisiais metais tapo aišku, kad skaidulinė optika pakeičia varinius kabelius naudojamus tos pačios paskirties ryšių signalų perdavimui. Optiniai, teisingiau sakyti, optinio pluošto kabeliai, naudojami saugiam didelių duomenų srautų perdavimui dideliu greičiu. Duomenys perduodami moduliuotais šviesos bangų impulsais, kurie sklinda praktiškai nesilpnėdami specialaus stiklo gysla. Kadangi stiklinė kabelio gysla gali perdavinėti duomenis tik viena kryptimi, tai dvipusiam ryšiui sukurti kiekvienas kabelis sudarytas iš dviejų gyslų, izoliuotų viena nuo kitos skirtingo lūžio koeficiento stiklo danga. Iš išorės kabelis apvilktas plastiko danga. Kadangi prie tokio kabelio prisijungti reikalingi specialūs antgaliai, tai perduodamų duomenų saugumas labai didelis.

DWDM (Dense Wawelenght Division Multiplexing – didelis bangų ilgių sutankinimas) technologijos pasirodymas yra vienas iš naujesnių ir svarbesnių fenomenų optinių perdavimo technologijų raidoje. Sutankinimas yra technikos būdas, leidžiantis ta pačia ryšio terpe vienu metu perduoti daugelį signalų. Šviesolaidinėse optinėse ryšio sistemose yra naudojami du svarbiausieji sutankinimo būdai. Laikiniame sutankinime keli skaitmeniniai signalai yra suliejami į vieną didesnės spartos bitų srautą, kuriame kiekvieno signalo bitams yra skiriami atskiri laiko tarpsniai. Bangos ilgių sutankinime (WDM – Wavelength Division Multiplexing) dviejų arba daugiau bangos ilgių signalai vienu metu yra perduodami ta pačia skaidula; šis sutankinimo būdas gali būti naudojamas ir laisvoje erdvėje. Kadangi optinių technologijų panaudojimas labai padidina perduodamų duomenų spartą, tai DWDM techonologija buvo pradėta diegti ir Lietuvoje, nepaisant to, kad tai yra gana brangi technologija.

Šiame darbe išnagrinėsiu vieną iš šviesolaidinių technologijų – DWDM, apžvelgsiu šios technologijos pagrindu sukurto tinklo privalumus, trūkumus, naudojimo galimybes ir taikymo perpektyvas. Taip pat atliksiu analogiškų sistemų analitinę apžvalgą. Galiausiai sukursiu tinklą šios technologijos pagrindu tarp Vilniaus Gedimino technikos universiteto ir Kauno technologijos universiteto. Šio tinklo sūkurimui bus parinkta atitinkama įranga ir šis įrangos parinkimas bus pagrįstas. Pabaigoje apibendrinsiu atliktą darbą bei gautus rezultatus.

1.1 Optinė revoliucija

1970 m. rudenį amerikiečių stiklo kompanija „Corning“ galėjo pasigirti, jog jiems pavyko padaryti tai, ką visi laikė neįmanomu dalyku. Iš kvarcinio stiklo jie pagamino skaidulą, kuri buvo tokia skaidri šviesai, kad ją buvo galima naudoti duomenų perdavimui dideliu nuotoliu. Tatai ir ta aplinkybė, jog beveik tuo pat metu pavyko sukurti sparčius ir galingus puslaidininkinius lazerius, veikiančius kambario temperatūroje, tapo tikros telekomunikacijų srities revoliucijos pagrindu.

1926 m. televizijos išradėjas Johnas Logie Bairdas užpatentavo būdą, leidžiantį stiklo skaidulų pyne perduoti vaizdus. Šeštajame dešimtmetyje šį principą iš naujo išrado Haroldas Hopkinsas, sukūręs pirmąjį medicinoje naudojamą endoskopą – lanksčią stiklo skaidulų pynę, leidžiančią gydytojui pažvelgti į žmogaus kūno vidų. Bet apie tai, kad stiklo skaidula būtų galima perduoti telefono pokalbį, tuomet niekas nebuvo pagalvojęs.

Susidomėjimas optiniu ryšiu atsirado tuomet, kai septintajame dešimtmetyje buvo kuriami pirmieji lazeriai. Tuo metu manyta, jog stiklas yra nepakankamai skaidrus. „Gal jo skaidrumo pakanka pusės metro ilgio endoskopui, bet tik ne kelių
kilometrų ilgio ryšio linijoms“, – taip bent jau tvirtino didžiausias šios srities autoritetas pasaulyje – Bell’o laboratorijos Amerikoje. Nepaisant to, ir jiems teko pripažinti, kad stiklas turi keletą potencialių pranašumų. Labai plonoje stiklo skaiduloje, apvilktoje medžiaga su mažesniu lūžio rodikliu, šviesa būdavo pagaunama dėl visiško vidaus atspindžio reiškinio. O jei tokia šerdis būtų labai plona, vos kelių mikronų skersmens, tokia sudėtinė skaidula galėtų tapti vienmodžiu šviesolaidžiu. Signalas galėtų ja sklisti nė kiek neišplisdamas. Bet viskas galiausiai atsiremdavo į didelį šviesos slopinimą stikle.

Sparčių ir pigių puslaidininkinių lazerių sukūrimo dėka skaidulinė optika padarė didžiausią perversmą ryšių technikoje nuo pat radijo bangų atradimo. 1986 m. pirmasis šviesolaidinis optinis kabelis nutiestas Lamanšo kanalo dugnu, o 1988 m. – per Atlantą. 1987 m. buvo sukurtas šviesos signalų stiprinimo erbiu legiruotoje skaiduloje būdas.

Nuo devintojo dešimtmečio optiniai kabeliai jau tiesiami išilgai automagistralių ir geležinkelių. Optiniai tinklai sujungė tarpusavyje visas telefono stotis ir mobiliojo ryšio siųstuvus. Naujos technologijos, tokios kaip bangos ilgių sutankinimas, leis optinėmis linijomis perduoti dar 50-100 kartų daugiau informacijos nei lig šiol. Tokiomis linijomis sklindantys duomenų srautai viršys 1 terabitą per sekundę. O pats šviesos slopinimas skaiduloje šiandien tėra 0,2 dB/km. Yra atrasta medžiaga, turinti dar mažesnį slopinimą, – fluorido stiklas, bet ji bijo vandens.

1.2 Užduoties analizė

Optinės, arba dar vadinamos šviesolaidinės technologijos, – pats moderniausias ir sparčiausias ryšio kanalas pasaulyje, kuris populiarėja ir Lietuvoje. Kodėl optinės technologijos tampa vis labiau populiaresnės ir plinta visame pasaulyje? Pirmiausia išskirtiniu šį ryšio kanalą daro pats jo veikimo principas. Kadangi čia yra naudojama šviesa, o ne elektra, ryšys yra nenutrūkstamas ir itin patikimas. Kartu optinis ryšys yra itin spartus ir kokybiškas.

Bangos ilgių sutankinimas yra patrauklus tuo, kad šitaip galima kiekvienos skaidulos pralaidą padidinti tiek kartų, kiek skirtingų optinių kanalų pavyksta perduoti. Kanalų skaičius pirmiausia priklauso nuo to, kiek pinigų jūs esate pasiryžę tam išleisti. Jeigu jūsų biudžetas yra pakankamai didelis ir galite susipirkti visus reikalingus lazerius ir kitą optinę įrangą, į tolimojo ryšio skaidulą su erbiu legiruotais skaiduliniais stiprintuvais jūs galėsite sutalpinti kelis tuzinus skirtingų bangos ilgių. Nedidelio nuotolio sistemose, kurioms nereikalingi stiprintuvai, kanalų skaičius bus dar didesnis. Tai leidžia išvengti naujų kabelių instaliavimo veikiančiose sistemose, naudoti mažiau skaidulų naujose sistemose, o dažniausiai ¬ suteikia ateities plėtrai būtiną dažnių juostos resursą.

Be to optinės technologijos yra laikomos gana perpektyviomis, nes perduodant informaciją optinėmis skaidulomis galima labai padidinti perdavimo spartą. Štai kaip atrodo planuojamo perdavimo spartos padidėjimo perpektyvos DWDM technologijai:

1 pav. Duomenų perdavimo talpos didėjimo perspektyvos

1.3 Kas tai yra DWDM?

Skaidulinėse – optinėse komunikacijose DWDM (angl. – Dense Wavelengh Division Multiplexing) – didelis bangos ilgių sutankinimas, yra technologija, kuri sutankina sudėtinius optinius nešlio signalus į vieną optinę skaidulą, panaudojant skirtingus lazerio šviesos bangos ilgius, tam kad perneštų skirtingus signalus. Tiesą sakant, viena skaidula yra paverčiama į sudėtines virtualias skaidulas. DWDM sistemos siūlo patrauklų, rentabilų būdą telekomunikacijų pramonei išplėsti tinklo juostos plotį. Ši nauja technologija leidžia operatoriams susidoroti su visada naujoms paslaugoms augančiais reikalavimais ir turi didesnį lankstumą šių paslaugų tiekime.

DWDM technologija yra naudojama trečiame optiniame lange, kuriame bangų ilgiai yra 1520 – 1620 nm, informacijos perdavimui dideliais atstumais. Šis bangų ilgių diapazonas buvo pasirinktas dėl mažo slopinimo ir galimybės stiprinti signalus optiniame lygyje be regeneratorių, kurie sąlygoja brangesnę eksploataciją. Šiandien naudojamos svarbesnės stiprinimo technologijos yra erbiu dengti stiprintuvai EDFA‘s (erbium droped fiber amplifiers) ir Ramano stiprintuvai. EDFA‘s stiprintuvai yra veiksmingi bangos ilgiams tarp 1525 – 1565 nm (C juosta) arba 1570 – 1610 nm (L juosta) (žiūr. 2 pav.). C ir L bangos ilgių juostų panaudojimas buvo standartizuotas ir patvirtintas Tarptautinės telekomunikacijų sąjungos telekomunikacijų standartizacijos sektoriaus (ITU – T). EDFA‘s stiprintuvai iš tikrųjų buvo sukurti pakeisti SONET/SDH optinis – elektrinis – optinis (OEO) regeneratorius, kuriuos EDFA‘s padarė praktiškai nebevartojamus. EDFA‘s gali sustiprinti bet kokius optinius signalus jų darbiniame diapazone.



2 pav. Bangų ilgių diapazonai

1.3.1 DWDM technologijos plėtra

Tankaus bangos ilgio sutankinimo sistemų (DWDM – Dense Wavelength Division Multiplexing) rinka pastaraisiais metais augo sparčiai. Vos per trejetą metų rinka paketurgubėjo – nuo mažiau nei 1,7 mlrd. dolerių 1997 m. iki maždaug 10 mlrd. dolerių 2000 m. Vystantis šių sistemų rinkai atsiranda vis daugiau jų tiekėjų, todėl bangos ilgių
manipuliavimo galimybės auga eksponentiškai, o kiekvienai tinklo daliai sukuriami vis nauji gaminiai.

Netgi lyginant 1999 m. pradžią su 2000 metais, kontrastas yra labai ryškus. 1999 m. gegužę atliktoje KMI Corporation studijoje buvo pranešta, kad egzistuoja apie 15 kompanijų, siūlančių DWDM skirtą įrangą. 2000 m. rugsėjo mėnesį šis sąrašas jau buvo išaugęs iki 25 – tas skaičius būtų buvęs dar didesnis, jeigu daug naujų kompanijų nebūtų iškart nupirktos kitų tiekėjų, pavyzdžiui, Qtera pirko Nortel, Chromatis – Lucent, o Qeton – Cisco Systems. Visų tų konkurentų laimei, operatorių, nutarusių įdiegti savo tinkluose DWDM, skaičius augo dar greičiau nei įrangos tiekėjų būrys (žr. lentelę). 1999 m. ataskaitoje KMI nurodė maždaug 75 operatorius iš viso pasaulio, kurie viešai pranešė pasirengę įdiegti DWDM. Lygiai po metų paskelbtų kontraktų skaičius beveik padvigubėjo ir pasiekė 140.

1 lentelė. Paskelbti kontraktai DWDM sistemoms.

1.3.2 Optinių skaidulų talpos didėjimas ir didinimo būdai

Optinių skaidulų talpa augo gana sparčiai. Šis augimas pavaizduotas 3 pav:

3 pav. Optinės skaidulos talpos augimas

Pirmaisiais DWDM gaminių pasirodymo metais vieną tiekėją nuo kito skyrė siūlomos įrangos skirtingo bangos ilgio kanalų skaičius. Gamintojai iki šiol tam dalykui skiria labai daug dėmesio, o kanalų skaičius padvigubėja maždaug per vienerius metus. 2,5 Gb/s spartos sistemoms ryšio kanalų skaičius nuo aštuonių 1997 m. pamečiui augo iki 16, 32, 40, 64, 80, 96, 128 ir 160. 2001 metais Lucent pademonstravo 320 kanalų prototipą.

Kanalų skaičių gamintojai didino keliais būdais. Pirmiausia buvo stengiamasi filtrų pagalba kuo labiau susiaurinti tarpą tarp kanalų. Nors dabartinėje rinkoje vyrauja 200 GHz tarpo filtrai, 100 GHz filtrai sparčiai skverbiasi į rinką, o greitai pasirodys ir 50 GHz tarpą nustatantys filtrai. Kaskart, perpus sumažinant filtrų užtikrinamą tarpą tarp kanalų, kanalų skaičius padvigubėja. Bet tokie siauri tarpai tarp kanalų kainuoja irgi nemažai.

Kita koncepcija suvedama į didesnio tarpo filtrų ir persiklojimo įrenginių naudojimą, siekiant gauti mažesnius atstumus tarp kanalų. Persiklojimo įrenginius naudoja daugelis pagrindinių DWDM sistemų tiekėjų, pavyzdžiui, Arroyo Optics (iš Santa Monica, Kalifornijoje), E-Tek Dynamics (San Jose, Kalifornija), kuri su JDS Uniphase bei Wavesplitter Technologies (Kanada).

Dar vienas kanalų skaičiaus padvigubinimo būdas yra naujų spektro ruožų įsisavinimas. Stiprintuvų gamintojai sukonstravo erbiu legiruotus skaidulinius stiprintuvus (EDFA), galinčius veikti ilgabangėje srityje (arba L-juostoje). Įprastiniai EDFA stiprintuvai veikia C-juostoje, besitęsiančioje nuo 1530 iki 1565 nm, o L-juostos stiprintuvai atveria bangos ilgius, patenkančius į 1570-1610 nm spektrinį ruožą, šitaip padvigubindami kanalų, kuriuos galima perduoti viena skaidula, skaičių. Visi svarbiausieji gamintojai sukūrė L-juostai skirtus gaminius, kurie plačiau bus pradėti diegti 2001 metais.

Stiprintuvai yra svarbiausi naujų DWDM įrenginių, skirtų įvairaus lygio operatorių tinklams, komponentai. Pirmaisiais ketveriais DWDM diegimo metais gaminiai beveik be išimčių būdavo skiriami ilgo nuotolio perdavimui; paprastai iki 600 km ilgio atkarpoms be kartotuvų. Ramano stiprintuvų bei klaidų korekcijos schemų sukūrimas leido padidinti nuotolį, kuriuo DWDM signalus galima perduoti be jokio regeneravimo. Naujus itin didelio nuotolio ryšio gaminius pirmosios sukūrė Qtera (dabar Nortel dalis) ir Corvis; jie jau įdiegti ar diegiami dabar pagrindinių sistemų tiekėjų gaminiuose, leidžiančiuose pasiekti 3000 km ir didesnius atstumus. Kartu su naujais optiniais kryžminiais perjungikliais šie gaminiai leis sukurti naujas bendranacionalinių didelės spartos optinio ryšio magistralių konfigūracijas.

Didelio nuotolio ir regioninių DWDM sistemų panaudojimo apimtis žymiai išaugo lyginant su pirmaisiais metais 4 pav:

4 pav. Didelio nuotolio ir regioninių DWDM sistemų panaudojimo augimas

1.4 Optinės ryšio linijos (šviesolaidžiai)

Duomenys iš vienos vietos į kitą gali būti siunčiami tik tam tikra terpe –telefono linijomis, kabeliais, atmosfera, t. y. ryšio linijomis arba ryšio kanalais. Priimti ir perduoti duomenis neįmanoma be šių ryšio linijų bei specialios techninės ir programinės įrangos. Visa tai sudaro duomenų perdavimo tinklus (Data communacations networks).Ryšių linijos (Data transmission Channels), kuriomis perduodami ir priimami duomenys, skirstomi taip:

• Kabelinės ryšio sistemos:

1. variniai kabeliai (elektriniai impulsai arba krūviai )

– koaksaliniai kabeliai (coaxial cables),

– vytos poros kabeliai (twisted pair cables),

2. optiniai kabeliai – šviesolaidžiai (fiber optical cables),

• Bevielės ryšio sistemos (wireless):

– radijo bangos (radio waves),

– infraraudonieji spinduliai (infrared)

– mikrobanginės (SAD) sistemos (microwave systems),

– palydovinės (SAD) sistemos (satellite systems).

Perduodant ir priimant duomenis ryšio linijomis labai svarbu kaip greitai ir kokiais kiekiais duomenys juda, kokia tikimybė, kad gausime duomenis nepakitusius, ar užtikrintas jų saugumas. Visa tai nusako ryšių linijų
charakteristikos:

– greitis – pralaidumas (speed),

– apimtis (amount),

– patikimumas (reliability),

– saugumas (security),

– trikdžių lygis (noisy).

Norint perduoti duomenis, taikant DWDM technologiją, reikia naudoti optines ryšio linijas (šviesolaidžius), nes ši technologija yra optinė. Paskutiniaisiais metais kompiuterių pramonėje informacijai perduoti vis dažniau naudojami šviesolaidžiai – šviesai laidžios plastmasės arba kvarcinio stiklo gijos, padengtos apsauginiu sluoksniu.

Čia duomenų bitai vaizduojami lazerio spinduliuojamais šviesos impulsais, sklindančiais stiklinėmis ar plastikinėmis šviesolaidžio gijomis. Šiuolaikinė technologija leidžia gaminti labai plonas mikronų eilės (plauko storio) gijas, kuriose duomenų perdavimo greitis viršija 1 Gbps ir priklauso tik nuo naudojamos aparatūros. Itin svarbi šviesolaidžių savybė yra ta, kad jie nejautrūs elektromagnetiniams trikdžiams, todėl perdavimo klaidų atsiradimo galimybė yra nepalyginamai mažesnė negu mikrobangų ar palydovinio ryšio sistemose. Optiniai duomenų perdavimo kanalai yra geriau apsaugoti nuo galimų informacijos vagysčių –nepažeidus kabelio, praktiškai neįmanoma perskaityti juo siunčiamo turinio.

Šviesolaidis sudarytas iš:

• Šerdies (core)- plonos stiklo gyslelės kabelio centre, kur šviesa keliauja;

• Apvalkalo (cladding)- esančios toliau nuo centro optinės medžiagos, apsupančios šerdį, kuri atspindi šviesą atgal į šerdį;

• Apsauginio sluoksnio (buffer coating)- plastiško apdangalo, kuris apsaugo gyslelę nuo pažeidimų ir drėgmės;

5 pav. Šviesolaidžio sandara

Šviesolaidiniai tinklai būna dviejų tipų:

• Vienmodžiai kabeliai (single-mode fibers) – iki 50 km, ilgesniems atstumams statomi kartotuvai;

• Daugiamodžiai kabeliai (multi-mode fibers) – iki 2 km;

Vienmodžiai kabeliai turi smulkias šerdis (apie 9 mikronų skersmens) ir perduoda infraraudoną lazerio šviesą (bangos ilgis lygus 1300- 1550 nm). Daugiamodžiai kabeliai turi storesnes šerdis (apie 62,5 mikronų skersmens) ir perduoda infraraudoną šviesą (bangos ilgis 850- 1300 nm) iš šviesą spinduliuojančių diodų (light-emmiting diodes).

Šviesolaidžiai vis plačiau naudojami ne tik pastatų viduje, bet ir tarp jų bei ryšio linijose, jungiančiose miestus, valstybes ir kontinentus.

1.4.1 Šviesos sklidimas šviesolaidyje

Pagaminta iš stiklo optinė skaidula dar padengiama vienu ar net keliais plastmasiniais apsauginiais sluoksniais, kurie padidina jos mechaninį atsparumą ir apsaugo nuo žalingų poveikių.

Šviesa šviesolaidiniame kabelyje keliauja šerdimi nuolatos atšokdama nuo apvalkalo, kurio sienos dengtos veidrodžiu. Šis reškinys dar vadinamas visišku vidaus atspindžiu (total internal reflection). Apvalkalas nesugeria šviesos iš šerdies, taigi šviesos banga gali nukeliauti milžiniškus atstumus. Kaip bebūtų, kai kurie šviesos signalai nuslopinami šviesolaidžio viduje. Dažniausiai tai įvyksta dėl stiklo priemaišų. Erdvė, kurioje signalas nuslopsta, priklauso nuo stiklo grynumo ir šviesos perduodamo bangos ilgio.

6 pav. Šviesos signalų spindulių sklidimo kampai šviesolaidyje

1.4.2 Optiniai kabeliai ir skaidulų sujungimai

Šiuo metu Jūs matote 30% šio straipsnio.
Matomi 2610 žodžiai iš 8689 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.