Оптикалық арналарды спектрлі бөлуші
МАЗМҰНЫ
Кіріспе
5
1
Нысананың қазіргі жағдайына шолу жасау
7
1.1
Телекоммуникациялық нарықтағы Қазақтелеком АҚ компаниясының қызмет көрсетулері
7
1.2
Тараз қаласының телекоммуникациялар торабына қысқаша шолу
9
1.3
Заманауи желілердің дамуының әлемдік тенденциялары
11
1.4
WDM технологиясының даму тарихы
12
1.5
Мәселені қоюды негіздеу
14
2
Нысанаға техникалық қызмет көрсету
15
2.1
Толқындық мультиплексирлеу және WDM технологиясының жалпы сипаттамасы
15
2.2
WDM және TDM технологияларының салыстыру
26
2.3
PON пассивті оптикалық желі технологиясының абоненттерге қызмет көрсету түрлерін ұсынудағы ұтымдылығы
28
2.4
Оптикалық желінің өткізу қабілеттілігін арттыру үшін пайдаланылатын күшейткіш түрлері
37
2.5
Өткізу қабілеттілігін арттыру мақсатында оптикалық талшықты таңдау ерекшеліктері
41
3
Нысана ұсынып отырған қызметтердің сапасын есептеу
47
3.1
Оптикалық кабельдің өткізу қабілеттілігін Шеннон формуласы арқылы есептеу
47
3.2
Спектральді тиімділікті есептеу
48
3.3
Өткізу қабілеттілігіне нақты факторлардың әсері
50
Қорытынды
55
Пайдаланылған әдебиет тізімі
56
КІРІСПЕ
Опто-талшықты желі белгілі бір қажеттіліктерге негізделе отырып, осыдан отыз жыл бұрын белгілі бола бастады. Желінің дамуы қарқынды өсіп отырды. Сатылай келе, толқын ұзындығы 1300 нм болатын жаңа мөлдір әйнекті игеру болып табылады, мұнда бірмодалы талшыққа өту жүзеге асты. Оның басты артықшылығы болып, жылдамдықты көбейтуге және үлкен қашықтықта мәліметтерді таратуға мүмкіндік беруі саналады.
Бүгінгі таңда пассивті оптикалық желілердің болашағы жарқын, әрі оған ешқандай күмән келтіруге болмайды. Себебі бұл технология заман талабына сай, әрі тұтынушылардың көптеген қажеттіліктерін қамтамасыз ете алатыны айдай анық.
Дипломдық жұмыстың өзектілігі. Қазіргі уақытта әлем бойынша төселген бір үлгілі, стандартты талшықтардың төселімі өте көп, сол себепті осы негізде көптеген жүйелердің иелерінің алдында, өткізгіштігі заман талаптарына сәйкес келетіндей, желіні заманға сай етіп жасау мәселесі туындайды. Оптикалық технологияларды тартудың және магистральдарды толығымен оптикалық технологияның негізінде жасау (PON), желілердің үнемділігін, ыңғайлылығын және сенімділігін және ең бастысы қолда бар кабельдерді ауыстырмастан, өткізгіштік қасиетін арттыру мүмкіндігі.
Талшықты-оптикалық желінің өткізгіштік қасиетін арттыруды биттік жылдамдықты арттыру арқылы немесе бірнеше ұзындықты толқындарды қосу арқылы, яғни спектрлі мультиплексирлеуді қамтамасыз ететін WDM (Wave Division Multiplexing) құру арқылы немесе толқын ұзындығы бойынша мультиплексирлеу арқылы арттыруға болады. WDM жүйелерінің іске қосылуы экономикалық ойлаудың арқасында пайда болды, себебі қосымша регенераторлар мен жаңа кабельдер төсегенше, терминалды құрылғыларды орнату анағұрлым арзанға түседі.
WDM-ң мәні тәуелсіз оптикалық ақпараттық лектер бірігіп, толқынның әр түрлі ұзындықтарымен бір талшықтан беріліп отырады. Бұл ұялы телефон операторлары байланыс талшықтарының өткізгіштік қабілеттерін, құрылыссыз немесе жаңа талшықтарды жалға алусыз, қосымша капиталды шығындарсыз арттыра алатындығын білдіреді. Толқындардың n ұзындықтарында сигналдарды жіберу арқылы (яғни, n арналары арқылы), желінің өткізгіштік қасиетін n есеге арттыруға болады.
WDM технологиясын пайдаланатын, келесі буынның талшықты-оптикалық жүйелерін құрастыру үшін аз дисперсиялы жаңа оптикалық талшықтар сай келеді, ол әрі қарай модернизациялаудың және өткізу жолағын тиімді пайдаланудың өте көп мүмкіндіктерін ұсынады. Мысалы, арналардың жартысын баламалы видеоны жіберуге жұмсауға, ал келесі бөлімін-мәліметтерді жеткізуге, келесісін-сөзге қолдануға болады. Түрлі қызметтерді толқындық диапазонмен бөлу, сөзсіз, артықшылықтарға ие және көптеген операторлар мұны сезіне бастады. Қазіргі уақытта болашақ WDM-мен бірге екендігіне ешкім шүбә келтірмейді.
Дипломдық жұмыстың мақсаты Тараз қаласының мысалында оптикалық желілердің өткізгіштік қабілетін арттыру бойынша сұрақтарды қарастыру болып табылады.
Қойылған талаптарды шешу үшін келесі мәселелерді шешу керек:
- заманауи желілердің даму қарқынын қарастыру;
- опткалық желінің өткізу қабілеттілігін арттыру мақсатында пайдаланылатын құрылғылармен танысу;
- DWDM функционалды өлшемдерінің есебін жасау.
1 НЫСАНАНЫҢ ҚАЗІРГІ ЖАҒДАЙЫНА ШОЛУ ЖАСАУ
1.1 Телекоммуникациялық нарықтағы Қазақтелеком АҚ компаниясының қызмет көрсетулері
Мен өндірістік практикамды Тараз қаласының Оңтүтік өңірлік Қазақтелеком АҚ телекоммуникациялар дирекциясынның (ОӨТД) DSLAM басқару бөлімінде (1.1 - сурет) мерзімі бойынша 22.01.2018-дан 12.02.2018-ға дейін өттім.
1.1 - сурет. DSLAM басқару орталығы
Кәсіпорын келесідей бөлімдерден тұрады:
- проектрлеу және құрылыс орталығы;
- оперативті басқару орталығы;
- техникалық қолдану орталығы;
5В07.18.РЭТ.90.01
Әдеб.
Орындаған
Жетекші
Өл.
..
Бет
Беттер
ҚР Б және ҒМ КазҚКА
РТ кафедрасы
Тараз қаласы мысалында оптикалық желілердің өткізу қабілеттілігін арттыру мәселелері
Бекітемін
Н.бақылау
Қолы
Күні
Бет
Құжат №
Кусамбаева
Т. бақылау
Шомай Н.С.
Кусамбаева
Оразымбетова
Липская М.А.
- энергетика және климатехника орталығы;
- үлкейтілген сервиз орталығы;
- кординация және басқылаудың бөлімі;
- кадрларды дайындау және әлеуметтік сұрақтар;
- экономика және финанстық бөлім;
- арнайы жұмыс жоспарлау тобы.
Сонымен қатар 2 цех бар:
- Өндіріс - техникалық лаборатория цехы;
- Телекоммуникациялардың аулардың дамуының цехы.
Қазақтелеком АҚ компаниясы әрдайым алға жылжуға тырысады, үнемі өз қызметтерін жетілдіреді, сонымен біргі ғаламторға қосылу қызметін. Қазақстандағы ғаламтор пайдаланушылары да ғаламтор қызметтерінің сапасына және мәліметтерді жеткізудің жылдамдығына жоғары талаптар қоюда.
Телекоммуникациялық нарықта қолжетімділіктің барлық дерлік технологиялары ұсынылған. Бірақ, ғаламдық тренд әлдеқашан таңдалып алынды, бастамашы технология-оптикалық талшықтар бойынша қолжетімділікті ұйымдастыру. Дәл осы технология абоненттердің өсіп келе жатқан сұраныстарын қанағаттандыра алады.
Қазақстан Республикасындағы 2010-2014 жылдарға арналған мемлекеттік бағдарламаның шеңберінде, Қазақтелеком компаниясы операторлардың арасында ең бірінші болып GPON (Gigabit Passive Optical Network) желілерінің құрылысын бастады. PON Passive Optical Network технологиясы -- пассивті оптикалық желі, GPON Gigabit Passive Optical Network -- гигабитті оптикалық желі. Пассивті болуның себебі, АТС аумағынан абонентке дейін ешқандай активті құрылғылар пайдаланылмайды -- талшық клиенттің пәтеріне дейін тартылады. Осыған орай каналдың тарату мүмкіншілігі өте үлкен болады, бір ған байланыс жолымен бірнеше қызмет көрсетулер жүзеге асады: телефон, телевидение, Интернет. Желі талшықты әрбір пәтерге дейін жеткізуді білдіреді. Тараз қаласының қалалық телекоммуникациялар орталығы саналатын Қазақтелеком АҚ халықаралық стандарттарға сай келетін, Тараз қаласындағы желілердің масштабты модернизациясын жүргізуде.
PON желісінің қасиеттері:
- толқынның екі ұзындығында бір-біріне қарама-қарсы бағытта орналасқан, бір талшықтан жеткізетін ағаш тәрізді архитектура: 1550 нм (орталық түйіннен абоненттерге қарай төмен бағытталған лек) және 1310 нм (абоненттерден орталық түйінге қарай жоғары бағытталған лек);
- ағаштың аралық түйіндерінде пассивті оптикалық тарамдауыштар орналасқан;
- TDMA әдісін пайдалану абоненттер арасында өткізу жолағын ыңғайлы бөлуге мүмкіндік береді;
- орталық түйіннен өтетін бір талшыққа (OLT) 32 абоненттік түйіндерді орналастыруға болады (ONT);
- максималды арақашықтық 20 км құрайды.
Жаңа технологияның артықшылығы болып опто талшықты кабельдің абоненттің пәтеріне дейін кіргізілуі саналады, мұнда тұтынушылық құрылғы-оптикалық терминал ONT орнатылады, оған компьютер, телефон және теледидар қосылады. Нәтижесінде абонентке iD бренді бойынша қызметтер пакетінің толық қызметі ұсынылады:
- iD Net-ғаламтор желісіне жоғары жылдамдықты қолжетімділік;
- iD TV-HD форматындағы сандық интерактивті телевидение;
- iD Phone-тәуелсіз нөмірлі сандық телефония.
- Қазіргі күні абоненттерге iD Net Hit және iD Net Turbo тарифтік жоспарлары ұсынылады, олардың өткізгіштік қабілеті 20-30 Мбитс, ал сыртқы ресурстар үшін 50-100 Мбитс.
GPON желісі болашақта жезді желіден мүлдем бас тартуға, жарақатталуды болдырмауға және көрсетілетін қызметтердің сервисін еселеп арттыруға мүмкіндік береді.
FTTH (Fiber to the home-үйгепәтерге дейінгі оптоталшық) технологиясы абонеттік қолжетімділікті құрастырудағы, заманауи, болашақ технологиясы болып табылады, ол телефонияның, ғаламтордың және интерактивтң теледидардың барлық қызметтер спектірін ұсынуға мүмкіндік береді.
Қазақтелеком АҚ 2000 жылдан бастап, ғаламтор желілерінің қызметтерін ұсынуда оптикалық талшықтарды қолданады. Барлық облыс орталықтарында және басқа бірнеше қалаларда FTTС (Fiber to the сurb-оптоталшықты үйлер тобына дейін) технологиялары қолданылады.
Megaline-мен салыстырғанда, iDNet ғаламторға қосылудың, видео және дауысты жіберудің анағұрлым жоғары сапалы қызметтерін ұсынады. 2010 жылдың басынан бері Қазақтелеком АҚ Алматыда IDNet қызметтерін көрсетуді бастады. Қызметтң жүзеге асыру үшін Ethernet To the Hоmе (ЕTTH) технологиясы пайдаланылады, ол опто-талшықты кабельдің ғимараттың кіре берісіндегі коммутаторларға дейін төсеуді және әрі қарай абонентке дейін 5 деңгей арқылы кабельдің тартылуын білдіреді.
1.2 Тараз қаласының телекоммуникациялар торабына қысқаша шолу
Тараз қаласы бүгінгі таңда қала тұрғындарынан бөлек аудан, ауыл-аймақтарды телефондық байланыс қызметімен қамтамасыз етуде. Шамамен 10 аудан және ауыл елді мекендеріне өз қызметтерін көрсетуде. Қала бойынша 7 базалық станция орналасқан, ал БҚО-сы бойынша шамамен 45 тен астам базалық станция, 6 АТС бар, соның ішінде 2 координаттық станция, 4 сандық бар. Онда DMS-100200 станциясы орнатылған. Онымен қоса онда АМТС 5ЕSS, басқа аудан немесе қалаларға байланысқа шығуға арналған станциясы орнатылған. бар.
Қаланың байланыс желісінің жалпы сыйымдылығы 115000 нөмір, оның 100000 нөмірі сымды байланыс, ал 15000 нөмір CDMA сымсыз байланыс технологиясы арқылы орнатылған. Желідегі нумерация алты мәнді. Қаламызда бүгінгі таңда жалпы саны 3 АТС, яғни АТС -43, АТС 4546 және АТС 52, сонымен қатар 11 подстанция (REM), 102 DSLAM, 90 МСАД жұмыс істейді. Және де айта кетерлік, қалада мәліметті тарату бойынша, яғни мұнда IDTV + IDPHONE + Megaline қызметтері кіреді, 45000-ға жуық үлесті құрап отыр.
Барлық келесі ұрпақ желісін жобалауда деректер ағынын сақтауда VPN виртуальды желісіндегі MPLS технологиясын қолданады.
Тараз қаласының MetroEtherNet желісі екі орталық түйін және Cisco 7609 құрылғысы негізінде құрастырылған. Әрі олар 10 Гбитс-тік сақина бойынша орнатылған. Одан басқа АТС -54, АТС- 55, REM-517 түйіндерінде Cisco 4924, ал қалған түйіндерде Cisco 3750 құрылғысы орнатылған.
Тараз қаласының абоненттік қатынау желісі келесідей база негізінде ұйымдастырылған:
- ZyXEL IES 3000 типті DSLAM, ZyXEL IES 2000, Alcatel ISAM 7302, Huawei MA5600, Hi-focus (1.2 - сурет);
- ADSL МАД;
- IP DSLAM МАД.
1.2 - сурет. Hi-focus аппаратурасы
"Қазақтелеком" АҚ-ы Интернетке кең ауқымды жолмен шығудың мейлінше өміршең технологиясына біртін-біртін көшу стратегиясының аясында жеке тұлғалар үшін мүлдем жаңа қызметті - FTTH (Fiber to the home-үйгепәтерге дейінгі оптикалық талшық) технологиясы бойынша iD Net қызметін ұсынады. FTTH технологиясы-оптикалық кәбілді әр абоненттің үйіне дейін жеткізу деген мағына береді. Байланыстың оптикалық-талшықтық желісінің бүгінгі күні ақпарат ағынын жөнелтудің ең жаңа және сапалы әдісі болып отырғандығы белгілі.
2003 жылы Қазақтелеком SDHDWDM құрылғылары мен кілттеу арқылы пайдалануға беру және монтаждау қызмет көрсетулерін магистральді және зона аралық транспорттық АҚ Қазақтелеком желісін кеңейту мақсатында сатып алды.
Тараз қаласындағы қолданыста бар ТОБЖ желісін модернизациялау бойынша іс-шаралар мына мақсаттарда жүргізілу қажет:
- SDH желісі (таратушы және қабылдаушы құрылғыларды уақыт бойынша синхронизациялауға негізделген деректерді беру жүйесі)сегменттер ауқымын үлкейту мен жұмыс істеу сенімділігін арттыру;
- видеобақылау жүйесі үшін жоғарыжылдамдықты байланыс жолдарын қамтамасыз ету;
- аудандық кеңселері бар ұжымдық желілер үшін қосымша байланыс жолдарын бөлу;
- SDH-ті пайдаланбай SCADA жүйесі жұмысының сенімділігін арттыру.
Сонымен қоса, жаңа толқындық тығыздау құрылғылары ақпаратты сақтау жүйесі үшін изоляцияланған жоғарыжылдамдықты мәліметтер арнасының жұмысын қамтамасыз етеді, сондай-ақ ТОБЖ магистральды кабелінде оптоталшықтарды бөлмей-ақ магистральды сервистерді ұсыну үшін оптикалық арналар санын көбейтеді.
Жаңа құрылғылар 15 жыл бойы ТОБЖ жүйесін пайдаланудың сенімділігін қамтамасыз етеді деп болжайды.
1.3 Заманауи желілердің дамуының әлемдік тенденциялары
Оператордың желісі қажетті көлемдегі барлық қызметтер түрінен трафиктің жеткізілуін, талап етілген сапа деңгейінде және желінің барлық деңгейіндегі сенімділікпен қамтамасыз етуі керек.
Заманауи және болашақтағы байланыс желілері келесі талаптарды қанағаттандыруы тиіс:
- қызметтерді тұтынушылардың трафиктерін өткізу үшін қажетті өткізгіштік қасиеті болуы тиіс;
- барлық қызметтер түрлерінің қажетті сапа дәрежелерін қамтамасыз ету;
- қажетті сенімділік дәрежесінің болуы;
- желінің жұмысқа қабілеттілігін басқара алу және орталық мониторинг жүргізу мүмкіндігі;
- желінің өнімділігін сараптамау құралдарының болуы және трафиктің өткізгіштік қабілетіне деген артып келе жатқан қажеттіліктерді қанағаттандыру мүмкіндіктерінің болуы.
Болашағы бар оптикалық желі келесідей талаптарға сай келуі тиіс:
- мультиплексирлену - қызмет көрсету технологияларының транспорттық технологияларға тәуелді болмауы (кез-келген қызмет түрі кез-келген транспорт түрі арқылы);
- кең жолақтылық - тұтынушының талаптарына байланысты ақпаратты жеткізудің жылдамдығын ыңғайлы және динамикалық түрде өзгерте алу мүмкіндігі;
- мультимедиалылық - желінің бір уақытта көп құрамды ақпаратты жеткізе алу мүмкіндігі (дауыс, видео, мәліметтер);
- интеллектуалдылық - оператордың немесе тұтынушының тарапынан қызметті басқара алу мүмкіндігі.
1.4 WDM технологиясының даму тарихы
Сұрақтың тарихына терең енбенстен, Wavelength-division multiplexing (WDM) технологиясының 1980 жылдан ертерек құрастылып шығарылғанын айтып өткім келеді. Толқындық мультиплексирлеудің техникасы ғана емес, сонымен бірге құрастырылып шығарылған WDM мультиплексирлердіңдемультиплексир лердің ең алғашқы сипаттамалары 1977 жылға жатады.
Бұл WDM-ң (технология ретінде) 70-ші жылдардың басынан бастап құрастырыла бастағанын білдіреді. Ең алғашқы құралдар, сол кездегі танымал болған, 1-ші терезеге (700-850 нм) арналып жасалған болатын, олар 2-4 арналарды біріктіруге бағытталып, макро-микро оптикалырға бағытталған. Содан кейін жалпыға ортақ үрдістерге байланысты, 2 және 3-ші терезелерге және бір үлгілі ОТ-ға қарай ауысу басталды.
1985 жылы ең алғаш рет Bell Labs (AT&T) мамандарының қолынан 10 арнаны (2 Гбитс) 1,3 нм жеткізушілігімен мультиплексирлеу келді. Содан бері 15 жыл бойына бұл технология жетіліп және қарқын алып келеді. Алайда, 1995 жылға дейін бұл технология аз таралған болатын. Алғашқы оптикалық жүйелерді, бір талшықта екі арнаны біріктіру мақсатында, жеткізушілерге бағытталған ағындарды мультиплексирлеу үшін пайдаланған.
Содан соң WDM мультиплексорлары 1350 және1550 нм екі тасымалдаушысын бір талшықта біріктіру үшін пайдаланыла бастады, бұл ТОБЖ-ң сиымдылығын екі есе арттырып қана қоймай, сонымен бірге ескі желілерді (1310 нм қолданатын) бір үлгілі ОТ-да (1550 нм қолданатын) жасырып қоюға мүмкіндік берді.
WDM-ң бәсекеге қабілетті технология кеңінен ретінде мойындалуы 1995-ші жылы келді, бұл кезде 800-400ГГц тасымалдылығы бар 4 арналы толық дуплексті алғашқы жүйелер пайда болған еді. Олардың тез арада енгізілуіне WDM құрылғыларының жоғары бағасы және осы саладағы арзан SDHSONET мультиплексирлерінің жаппай жасалуы кедергі келтірлді. Алайда, соңғы үш жыл ішінде бұл технология алыс байланыстардағы опереторлардың желілерінде кең таралып кетті. Қазіргі таңда, WDM жүйелері 128-160 арналарға дейін біріктіруге мүмкіндік береді, сонымен қатар Bell Labs 2000 жылдың басында бір талшықтағы 1024 арнаны біріктіру тәжірибелерінің сәтті өткендігін мәлімдеді.
Қазіргі уақытта WDM, жеткізушілердің оптикалық жүйелері үшін 60-шы жылдардағы мәліметтерді жеткізудің баламалы жүйелеріне арналған МЧР жиілікті мультиплексирлеумен бірдей рөл атқаруда.
Байланыс арналарының өткізгіштік қабілетіне деген қажеттілік Солтүстік Америкада, Еуропада және Азияда қатты байқалады және бүкіл әлем бойынша артып келеді. 1990-шы жылдардың аяғында халықаралық байланыс жүйелері арқылы ақпараттарды жеткізудің көлемі ғаламтор секілді феноменнің арқасында бірнеше есе артты. Ғаламтор әскери және ғылыми-зерттеу мекемелері үшін алдынғы қатарлы қызметтерді көрсете отырып, өз кезегін ұзақ күтті. Халықаралық WorldWide Web желісі пайда болған кезде, және кең қоғам ғаламтордағы сарқылмайтын ақпараттарға қол жеткізген кезде, оның кез-келген өткізу жолағын жұтып қою қабілеті бірден айқындалды. Содан кейін белең алған байланыс арналарының өткізушілік қабілеті барлық күтілген болжамдардан асып түсті. Оптикалық талшықтар аталған ақпараттардың өте көп көлеміне төтеп бере алған нақты орта болып шықты.
WDM технологиясын қолдану барысында өткізгіштік қабілетінің өсімі қымбат оптикалық кабельді ауыстырмастан орындалады. WDM технологияларын пайдалану тек қана оптикалық кабельдерді немесе талшықтарды жалға беруге мүмкіндік бермейді, сонымен қатар толқындардың жекеленген ұзындықтарын да беруге болады, яғни виртуалды талшық концепциясын жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Толқындардың әр түрлі ұзындықтарындағы бір ғана талшық арқылы бір уақытта түрлі жүктемелерді жеткізуге болады-кабельді теледидарды, телефонияны, ғаламтор трафигін, талап ету бойынша видео және т.б. Осылардың қорытындысы ретінде, оптикалық кабельдегі талшықтардың жартысын қор үшін пайдалануға болады.
WDM технологияларын қолдану қолда бар желілерге қосымша оптикалық кабельдерді жүргізбеуге мүмкіндік береді. Тіпті болашақта талшықтың құны жаңа технологияларды пайдалануға байланысты азаятын болса да, талшықты-оптикалық инфрақұрылым (төселген талшықпен және орнатылған құрылғы) әрдайым қымбат тұратын болады. Оның тиімді жұмыс істеуі үшін ұзақ уақыт аралығында, оның өткізгіштік қабілетін арттыру мүмкіндігі және көрсетілетін қызметтердің санын оптикалық кабельді ауыстырмастан өзгерту мүмкіндігі болуы тиіс. WDM технологиясы дәл осындай мүмкіндіктерді береді.
WDM технологиясы әзірге негізінен, үлкен өткізу жолағын талап етуші, ұзаққа созылған байланыс желілерінде қолданылатын. Қалалық және ауылдық масштабтағы желілер және кабельді телевидения жүйелері де WDM технологиялары үшін потенциалды кең нарық болып табылады. Төселген кабельді тиімді пайдалану қажеттілігі, бір талшық арқылы жеткізілетін арналардың санын айтарлықтай арттыруға және олардың арасындағы арақашықтықты азйтуға алып келді. Қазіргі уақытта арналардың арасындағы 100 ГГц (~ 0,8 нм) жиілікті интервалы бар жүйелерлерді және DWDM мультиплексирлеу тығыз толқынды жүйелері деп атайды.
Теориялық тұрғыда толқындардың кез-келген ұзындықта жеткізуді орындауға мүмкіндік береді, алайда,тәжірибелік шектеулер, WDM технологиялары үшін маңайда толқындардың тар 1550 нм диапазонына ғана қалдыруда.
1.5 Мәселені қоюды негіздеу
Тұтынушылар сұраныстарымына сай, және олардың сұраныстарын өтеуінен, сұраныстың қызмет көрсетуінен асып, сол сұраныстарға сәйкес кең жолақты қатынаудың жаңа технологияларын қолдану, мысалы PON.
Оптикалық желілердің өткізу қабілеттілігін арттырудың негізгі әдістері:
1. Байланыс жолдарында жаңа оптикалық кабельдерді (ОК) төсеу.
Бұл процесс қомақты қаражатты және ұзақмерзімді жоспарлауды қажет етекендіктен әрдайым мүмкін бола бермейді. Жаңа жақсартылған техникалық сипаттамалары бар ОК-ді пайдалану кезінде оптикалық арналар саны мен сәйкесінше оптикалық талшықтар санын арттыру болжамы пайда болады;
2. Жылдам әрекет ететін электрониканы пайдалану (10Гбитс, 40Гбитс).
Құрылғыны таңдау барысында ең соңғы технологиялық жетістіктерді пайдалануға ұмтылу қажет болады. Ақпаратты тарату жылдамдығының шегі мен таралатын ақпарат саны бірнеше есе артады. Бағасы мен сапасы таңдауға әсер етпейді;
3. Электрлік компонеттерден толығымен оптикалық компоненттерге көшу. Электрлік компоненттерге қарағанда, оптикалық компоненттер параметрлерінің көбі мәліметтерді тарату жылдамдығына тәуелсіз және олар үшін биттік жылдамдық бағасының өсуі көп болмайды. Сигналды түрлендірмей-ақ оптикалық деңгейде коммутацияны жүргізе алады. Арналарды тығыздау бойынша жаңа технологияларды пайдалану, мысалы, толқын ұзындығы бойынша (WDM - Wavelength division multiplexing). Бұл үшін оптикалық күшейткіштері бар жолдардағы терминалдарды ауыстыру ғана жеткілікті. Магистральды желілердің өткізу қабілеттілігін арттыру үшін бұл әдіс әсіресе тартымды.
2 НЫСАНАҒА ТЕХНИКАЛЫҚ ҚЫЗМЕТ КӨРСЕТУ
2.1 Толқындық мультиплексирлеу және WDM технологиясының жалпы сипаттамасы
Wavelength-division multiplexing (WDM)-толқындардың ұзындығы бойынша бөлінген оптикалық мультиплексирлеу (сонымен қатар, толқындық немесе спектрлі мультиплексирлеу деп те аталады)-оптикалық (немесе спектрлі) тығыздалу технологиясы (2.1-сурет).
2.1-сурет. WDM технологиясының жұмыс істеу принципі
WDM жүйелері оптикалық талшықтың бір уақытта әр түрлі ұзындықтағы толқындардың (түстерін) жарығын өзара интерференцияның көмегінсіз жеткізу қабілетіне негізделген. Толқынның әрбір ұзындығы талшықтағы бөлек бір оптикалық арнаны көрсетеді. Бір талшықта бірнеше арналарды біріктірудің, содан соң оларды желінің қажетті жерлерінде белгілеудің әр түрлі оптикалық әдістері бар.
5В07.18.РЭТ.90.02
Әдеб.
Орындаған
Жетекші
Өл.
..
Бет
Беттер
ҚР Б және ҒМ КазҚКА
РТ кафедрасы
Тараз қаласы мысалында оптикалық желілердің өткізу қабілеттілігін арттыру мәселелері
Бекітемін
Н.бақылау
Қолы
Қо
Күні
Бет
Құжат №
Кусамбаева
Т. бақылау
Шомай Н.С.
Кусамбаева
Оразымбетова
Липская М.А.
Қазіргі таңда WDM технологиясы арналарды бір талшықпен жіберуге мүмкіндік береді, ерекшелігі тек қана нанометрдің (1 нм = 10-9 м) бүкіл бойындағы көршілес арналардың толқын ұзындықтарына байланысты болады, бұл тығыз толқындық мультиплексирлеу деп аталады DWDM (Dense WDM). WDM технологиясының дамуы, жеке оптикалық арналар арқылы жүзден аса тәуелсіз оптикалық арналар жіберілетін коммерциялық желілерді жасауға жол ашты, сонымен бірге дабылдардың жеткізілуі бір ғана оптикалық талшықта, екі бағытта жүзеге асырылады. Және бұл тек қана бастамасы.
Өз жетістіктері үшін DWDM технологиясы, EDFA эрбилі (Erbium Doped Fiber Amplifier) оптикалық талшықтардағы күшейткіштердің құрастырылуына қарыздар. Бұл құрылғыларда тарту лазерінің энергиясына байланысты арналарға барлық келіп түсушілердің, 1530-1565 нм-аралығында орналасқан толқындардың ұзындықтарының күшейтілуі орын алады. EDFA күшейткіштерінде оптикалық дабылдар электрлі дабылдарға айналмастан күшейтіледі және қайтадан орнына келеді, бұл мәліметтерді алыс жерлерге жеткізуде электронды компоненттерді айтарлықтай үнемдеуге немесе мүлдем оларсыз жұмыс істеуге мімкіндік береді.
TDM технологиясында кіре берістегі төмен жылдамдықты арналар стандартты жылдамдықтарға келтірілген және бір-бірімен үйлесіп, жеткізудің бір ғана жоғары жылдамдықты (мультиплексирлеуші) арнасына айналады. Әрбір төменгі жылдамдықты арнаға белгілі бір уақыт аралығында қайталанатын уақыт интервалдары (тайм-слоттар) беріледі. Байланыс арналарының өткізгіштік қабілеттерін арттыру үшін (төмен жылдамдықты арналардың көп көлемін жеткізу) құраушы арнанынң биттік жылдамдығын арттыру қажет, бұл құрылғының қымбаттауына және жеткізу хаттамаларының күрделенуіне алып келеді.
Сонымен қатар, алғашқы төмен жылдамдықты арналарды қалпына келтіру үшін (демультиплексирлеу) қабылдаушы тарапында әрбір сайт-слоттың айтарлықтай қауіпсіздігін және идентификациясын қамтамасыз ету қажет.
Мұнымен салыстырғанда WDM технологиясы байланыс арнасының өткізгіштік қасиетін, қолда бар электронды құрылғыны өзгертпестен арттыыруға мүмкіндік береді. Жаңа арналар жаңа байланыс арналарына қолданыстағы арналарға ешбір зиянын тигізбестен қосылады. Арналардың әр түрлі хаттамалары және жеткізу жылдамдықтары болуы мүмкін және оларды өзара үйлестірудің қажеттілігі жоқ. Сонымен қатар, әрбір WDM жүйесінің арнасына TDM технологиясы қолданылуы мүмкін, бұл жеке тұтынушылардың арасындағы арнаның өткізу жолағын бөлудегі бұдан да көп жеңілдікті береді.
Қазіргі күні DWDM құрылғысының өндірушілері бірнеше ондық арналар сиып кететін жүйелерді жасауда. Бір ғана оптикалық талшық арқылы жүздеген арналарды жеткізуге мүмкіндік беретін тәжірибелі жүйелер бар және олар жеткізудің соммалық жылдамдығы бойынша 1 Тбитс-қа дейін жетеді. Мұндай өткізу қабілетіне ие жүйелер байланыс операторларының арасында қызығушылық тудыруда. 2.2 - суретте WDM технологиясын пайдалану арқылы желінің өткізгіштік қасиетін арттыру мүмкіндігі көрсетілген.
2.2-сурет. Арналардың санын арттыру арқылы байланыс арналарының өткізгіштік қабілетінің айтарлықтай артуы
Байланыс арналарының өткізгіштік қабілетінің артуына деген сұраныс жыл сайын артып келеді, бұл қарқын жақын он жылдықта азая қоймас. Сонымен қатар, бұл қажеттілік географиялық тұрғыдан артып келеді. Жеткізушілердің бағаны төмендетуі, телекоммуникациялардағы мемлекеттердің монополиялық позицияларының әлсіреуі және ғаламторды қолдануға деген азаймайтын қызығушылық жеткізуге деген жылдамдықтың артуына сұранысты өсіруде. Қазіргі күні, DWDM технологиясы тәжірибе жүзінде өзінің сенімділігін көрсете отырып, өткізу жолағының ең үнемді және тез өсімін қамтамасыз етуде. Көп жағдайларда DWDM технологиясын пайдалануға байланысты оптикалық желінің өткізгіштік қасиеті жүздеген есеге артуы мүмкін.
Көріп отырғанымыздай, DWDM технологиясы жақын уақыт аралығында, өзінің өткізу қабілетінің шегіне жете қоймас. Жоғарыда айтылып кеткендей, тәжірибелі желілерде бірнеше жүздеген арналардың бір ғана оптикалық арнамен жеткізілуіне қол жеткен. Арналар санының әрі қарайғы өсуі, олардың арасындағы спектрлі арақашықтықты азайту арқылы, EDFA күшейткіштерін кең спектрлі (мысалы, L-диапазонын қоса алғанда 1565-тен 1625 нм-ге дейін), қолдану арқылы немесе жеткізуді 1200 нм-ге дейінгі диапазонда, қосымша күшейткіштерді пайдаланбастан, жеткізуді қамтамасыз етуге мүмкіндік беретін, арнайы талшықтарды пайдалану арқылы орындалуы мүмкін.
ITU-T G.694.2 ұсынысына сәйкес спектр диапазондары:
- O - бастапқы, біріншілік (Original, 1260-1360 нм);
- E-кеңейтілген (Extended, 1360-1460 нм);
- S-қысқатолқынды (Short Wavelength, 1460-1530 нм);
- C - қарапайым, стандартты (Conventional, 1530-1570 нм);
- L-ұзынтолқынды (Long Wavelength, 1570-1625 нм).
Өткізушілік қабілеттіліктің жоғары шегі әрбір арнадағы жылдамдықты арттырған кезде орын алады. Жеткізудің заманауи жүйелерінде бұл жылдамдық 2,5 Гбитс немесе 10 Гбитс құрайды. Бір аранаға шаққанда жылдамдығы 40 Гбитс құрайтын тәжірибелі жүйелер көрсетілген болатын, сондай-ақ 40 Гбитс жылдамдықпен бір уақытта 192 арнаға мәліметтерді жеткізу мүмкіндігі пайда болды. Бұл бір талшық бойынша жеткізудің соммалық жылдамдығына 5 Тбитс (шамамен, секундына 1000 компакт-дискілеріне) сәйкес келеді. Ғаламтор бойынша нақты уақытта аудио және видеоларды жеткізуге деген сұраныстың DWDM жүйелерінің кеңінен қолданылуына алып келері сөзсіз.
Ғаламтор провайдерлерінің жеңіл тыныстауына болатындай еді-құрылғыны өндірушілер байланыс желілерінің өткізгіштік қасиетін арттыруға дайын. Алайда, іс жүзінде жаңа технологияларды енгізу көптеген шығындарға алып келеді. DWDM желілерінің сәйкесінше қызмет ету деңгейін қамтамасыз ету, бірінші буындағы талшықты-оптикалық желілермен салыстырғанда айтарлықтай күрделі тапсырма болып табылады. Талшық бойынша бір ғана арна жеткізілген кезде, арнаның жағдайы осциллографтың көмегімен дабылдарды физикалық деңгейде бақылау және оптикалық-тәжірибелік рефлектометр OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) көмегімен талшықтың сипаттамаларын бақылау арқылы жүзеге асырылады.
Бірнеше төмен жылдамдықты арналар бір жоғары жылдамдықты арнаға біріктірілген кезде, TDM желілерінің жағдайын бақылау, өлшеудің анағұрлым күрделі құрылғысын және тесттілеудің әдістерін талап етеді. DWDM желілері тесттілеуге жаңа өлшемді енгізуде-жеткізудің толықтығы мен тиімділігіне әсер етуші барлық параметрлер, толқынның әрбір ұзындығы үшін әрбір арнада өлшенуі қажет. Бұл айтарлықтай қиын тапсырма, әсіресе, толқын бойындағы талшықтағы арналардың тығыз орналасу жағдайында.
Толқынның барлық ұзындықтарындағы DWDM (активті және пассивті компонеттер, жүйешелер және оптикалық талшықтар) жүйелерінің жеке элементтерін және жалпы алғанда барлық желіні, әрдайым тексеріп, сынап отыру керек. Өлшейтін құралды таңдау, сыналатын компонеттердің күрделілігіне, байланыс желілерінің типіне және шешілетін тапсырмаларға байланысты болады және байланыс операторларындағы персоналдың арнайы даярламасын талап етеді.
Талшықты оптикалық тарау жүйесінің (ТОТЖ) оптикалық арналардың спектрлі бөліндісі бар құрылымдық сызбасы 2.3 - суретте көрсетілген, мұнда мақұлданған мәндер арқылы жаңалары қосылады: Көпарналы сигналды қалыптастыру жабдығы (КСҚЖ) - ол электрлі сигналды қалыптастыруға бағытталған арнаны қалыптастырушы құрылғыны (АҚҚ) және жанасу жабдығы (ЖЖ) бірігуін білдіретін көп арналы сигналды қалыптастырушы құрылғы, олардың өлшемдері оптикалық жеткізушімен (ОЖет) және оптикалық қабылдаушымен (ОҚаб) келісілген; СБірҚ (немесе MUX-WDM мультиплексаторы)-біріктірудің спектрлі құрылғысы спектрлі жеткізушілерді бір талшыққа біріктірілуін жүзеге асырушы (ОТ); СБөлҚ (немесе DMUX - WDM демультиплексаторы)-спектрлі бөлу құрылғысы, мұнда оптикалық жеткізушілер бөлінеді және оптикалық қабылдаушыларға келіп түседі.
2.3-сурет. Оптикалық арналарды спектрлі бөлуші
ТОТЖ-ң құрылымдық сызбасы
Жіберуші бекетте жіберудің n жүйелері бар (бір немесе көп типті), олардың сигналдары әр түрлі оптикалық жеткізушілерді сәулелендіретін n оптикалық жеткізушілерге беріледі. СБөлҚ көмегімен түрлі оптикалық сигналдардың ОТ-қа енгізілуі жүзеге асырылады.
СБөлҚ-ға қабылдаушы жақта оптикалық тасымалдаушылар оптикалық қабылдаушыларға бөлінеді және әрі қарай КСҚЖ-ке жеткізіледі. Осылайша, бір ОТ арқылы n спектрлі оптикалық арналар қалыптастырылады, яғни ОТ-ң өткізгіштік қасиеті, тасымалдаудың дәстүрлі оптикалық жүйелеріне қарағанда, n есеге артады. Сонымен қатар, бұл әдіс желілік байланысты қосымша жұмыстар жүргізбестен, желілік байланыстың дамуын қамтамасыз етуге, сондай-ақ бөлінген жерлерде немесе жарық лектерінің ерекшеленген жерлерінде спектрлі нығыздалудың пассивті элементтері бар кез-келген құрылымдағы тарамдалған желілерді жасауға мүмкіндік береді.
DWDM жүйелерінің сан алуан артықшылықтары, олардың бағасынан көрініс табуда. Біріншіден, оптикалық компонеттердің көптеген қасиеттері мен оптикалық кабельдің сипаттамалары аса маңызды болып келеді. Екіншіден, желінің архитектурасына деген және WDM желілерінің компонеттерін таңдауға деген талаптар, мысалы, TDM деңгейіндегі STM-16 желілеріне қарағанда айтарлықтай қатаң болып табылады.
WDM тақырыптарына арналған түрлі жарияларымда WDM мультиплекстерінің үш типін көрсету әдетке айналған:
- қарапайым WDM,
- тығыз WDM (DWDM),
- жоғары тығыздықты WDM (HDWDM).
Қазіргі уақытқа дейін бұл типтердің арасында нақты бөлудің болмауына қарамастан, Alcatel және ECI компанияларының соңына ере отырып, WDM желілерін, оның арналық жобасымен бірге, өндіру тарихына негізделген кейбір шекараларды көрсетуге болады, олар сондай-ақ толқындық немесе жиілікті көрсеткіштің пайдаланылуына байланысты толқындық жоба немесе жиілік жобасы деп те аталады. Сонымен, былай деп атауға болады:
- WDM жүйелерімен-арналардың жиілігі бойынша қадамымен (жеткізілуімен) 200 ГГц, ол 16 арнадан артық мультипликациялауға мүмкіндік бермейді;
- DWDM жүйелерімен - арналардың жиілігі бойынша қадамымен (жеткізілуімен) 100 ГГц, ол 64 арнадан артық мультипликациялауға мүмкіндік бермейді;
- HDWDM жүйелерімен - арналардың жиілігі бойынша қадамымен (жеткізілуімен) 50 ГГц, ол 64 арнадан артық мультипликациялауға мүмкіндік бермейді.
Егер бұл мамандандырулардағы арналардың санын жетерліктей шартты деп есептеуге болатын болса; онда жиілік бойынша жасалатын қадам айтарлықтай маңызға ие, соңғы позицияда ол 25 ГГц болуы мүмкін.
WDM класының алғашқы мультиплексаторлары, білетініміздей, 2-ші және 3-ші терезелердегі жеткізушілерді мультиплексирлеу үшін пайдаланған болатын-1310 және 1550 нм, олардың арасындағы арақашықтық 240 нм үлкен болғандығы соншалық, оларды жүзеге асыру барысында бөлуге арналған арнайы сүзгілер қажет болмаған. Әрі қарайғы күштер селективтіліктік күшейту үшін бағытталған (арналарды тасымалдауды азайту), дискретті оптикаға негізделген дәстүрлі оптикалық фильтрлерді пайдалану технологиясы келесі нәтижелерге қол жеткізуге мүмкіндік берді:
- арналарды жеткізу -20-30 нм;
- арналардың арасындағы өтуші сөнушілік 20 дБ;
- енгізілген шығындардың деңгейі-2-4 дБ.
Мультиплексирлеу және демультиплексирлеу процедураларының кері қайтарымды екендігін және мультиплексердің демультиплексермен бірдей қызмет атқаратындығын ескере отырып, егер кіре берісті шығатын орын ретінде ауыстыратын болсақ деп, біз тек қана демультиплексаторларды ғана қарастыратын боламыз.
Барлық демультиплексорларды үлкен екі класқа бөлуге болады:
- микрооптикалық құрылғылардағы демультиплексорлар;
- тарамдаушыларға бағытталған оптоталшықтылар.
Бірінші класс негіздегі сүзгілеудің көмегімен жеткізушілерді бөлуге негізделген, мультиплексирлеудің негізгі екі технологиясын жүзеге асыру үшін микрооптиканы пайдаланады:
- интерференциялық сүзгілерді;
- бұрыштық дисперсия құбылысы.
Интерфернециялық сүзгілер негізіндегі технологиялар анағұрлым ескі және атақты, себебі әйгілі резонатор Фабри-Пероның қағидаларын қолданады.
Бір интерференциялық сүзгі λ1, ... , λn лектерін екі лекке бөлетіндіктен: λ1 және λ2, ... , λn , яғни көп толқынды лектен тек қана бір ғана жеткізушіні белгілей алатындықтан, n жеткізушілерді демультиплексирлеу үшін n сүзгілерін орнату қажет. Мұндай 4 толқынды демультиплексатордың сызбасы 2.4 - суретте көрсетілген. Бұл суреттен сүзгілердің екі жағынан да шыны блоктан (жалатылған) құрастырылғаны (жолақты паралелль пластиналар, фильтрден өтпейтін лектерді көрсету үшін пайдаланылады) көрініп тұр және жарықтық лекті коллимациялау мен фокустауға қажетті арнайы линзалармен жабдықталған. Берілген құрастырылымда бұл мақсатта оптоталшықтар деп аталатын GRIN линзалары пайдаланылады.
Айта кетерлік жайт, мұндай жолақтың орталық жиілігіндегі сөну өткізгішті айтарлықтай жоғары, бұл олардың 4-8 арналы WDM-де пайдалануын тиімді етеді.
Бұл технология мүлдем басқа физикалық қағидаларды қолданады: диспергацияланатын элементке келіп жеткізуші, кіре берістегі коллимирленген жиынтық, жеткізуші толқынның ұзындықтарына байланысты бірнеше жиынтықтарға бөлінеді. Бұл түрлі бұрыштар арқылы өтетін жиынтықтар жиналып, жеке оптикалық элементтер ретінде жиналады. Бұл элементтердің шыға берісінде (фокальды жазықтықта) кіре беріс жиынтықтың бейнесе қалыптасады, олардың өлшемі кіре беріс ОТ диаметріне сәйкес келетіндей реттеледі. Шыға беріс жиынтықтың нақты бейнесін бірнеше мәселелер бар.
2.4 - сурет. Интерференциялық сүзгілердегі WDM демультиплексоры
Диспергациялаушы элемент ретінде келесілер пайдаланылуы мүмкін:
- призмалар, кіре берістік, сонымен қатар бейнелеуші (Литтроу сызбасы-Littrow көбірек пайдаланылады, себебі линзалардың тек қана бір комлектін пайдаланып, құрылғының көлемін кішірейтуге мүмкіндік береді);
- дифракциялық торлар (тегіс, бейнелеуші типті), кіре беріс, сонымен бірге шыға берістегі жиынтықты қоса алғанда (Литтроу сызбасы).
Диффрациялық торлар WDM демультиплексорлары ретінде кең қолданысқа ие болды. Құрылғыларды құрылымы бойынша екі категорияға бөлуге болады:
- жеке фокустаушы элементтері бар, тегіс жолақты торлар;
- торлары бар, өздігінен фокустаушы жүйелер.
Бірінші типтің айтарлықтай сәтті құрылымы ретінде еңкейтілген жазық дифракциялық торы бар (кіре беріске қарама-қарсы тарапта)цилиндрлік GRIN линзасын айтуға болады. Екінші типтегі құрылымдардың арасынан сәтті шыққандарын атауға болады (барлығы да Литтроу сызбасын пайдаланады):
- коллибирлеу және өздігінен фокустау үшін еңкейтілген тегіс жолақты дифракциялық торы бар айнаны пайдаланатын сызба (төмендегі 3DO сызбасын қараңыз);
- өздігінен фокустау үшін екі рет еңкейтілген дифракциялық торды пайдаланатын сызба;
- өздігінен фокустау үшін еңкейтілген цилиндрлік торды және планарлық толқын жүргізушісін пайдаланатын сызба.
Қазіргі уақытта арналарды белгілеудің үш бәсекелес технологиялары қолданылады (демультипликациялау). Олардың екеуі интегралды негізде, жеткізушілерді белгілеуді немесе AWG (Arrayed WaveguiDe Grating) толқынды жеткізуші дифракциялық тордың көмегімен немесе еңкейтілген CG (Concave Grating) дифракциялық торының көмегімен. Үшіншісі - дискретті микрооптиканың негізінде, жеткізушілерді үш еселік оптикалық мультиплексирлеудің көмегімен белгілейтін - 3DO (3-D Optics WDM), ол еңкейтілген айнасы бар және жазық дифракциялық айнасы бар, өздігінен фокусталушы технологияның дамуы болып табылады. Төменде біз AWG және 3DO технологияларын нақтырақ қарастырамыз.
Кеңінен қолданылатын WDM мультиплексорының жұмысын түсіну үшін, мультиплексордың жұмысына қатысты, кейбір ескертулерді жасау қызықты, олар сүзгілеу үрдісін орындауда маңызды орын алады (шыға берістегі сигнал компоненттерінің фазада жиналуы):
- жарық жеткізушілердің кіре беріс тұстары (кіру тарамдаушыларының шыға беріс порттары) толқынжол торының шеңбері (Grating circle) толқын жеткізушілер торының айналасында, R радиуста орналасқан;
- басқа жарық жеткізушілердің кіре беріс тұстары R диаметрінің айналасында орналасқан (енгізілген толқынжол торының шеңбері мен оның центрінің және ортақ қисықтың түйісу нүктесінде). Бұл шеңбер Роуленд шеңбері деп аталады;
- кіре беріс ОТ-ы бөлу қадамы және жарық жеткізушілерінің массивтері түйісушілер бағытында тұрақты болады, ал олардың арасында Роуланд шеңбері орналасқан;
- жарық жеткізушілерінің массивтері алған толқынжол торының шеңбері доғасының ұзындығы r-ден әлдеқайда кіші болуы тиіс;
- жоғарыда айтылғандардың орындалуы кезінде кез-келген кіре беріс тарамдаушысының арасындағы және оның кез-келген екі соңынан ерушісінің шығу порттарының арасы тұрақты болады;
- жоғарыда айтылғандардың орындалуы кезінде FSR диапазоны шамаментұрақты болады және мультиплексатордың кіру-шығу жұптарына (i-j) тәуелді болмайды.
Мультиплексордың көлемін екі есе кішірейтіп және құраушыларын үнемдеу үшін Литтроу сызбасын қолдануға болады, оның сызбасын 2.3 суреттегідей кесе отырып мультиплексорды компонаттау үшін.
Шыға берістегі жарық жеткізушілер массивтерінің лектері айна түрінде көрінетін болады және ішкі шығыс порттарының жалғыз тарамдаушыларынан жіберілетін болады, мұнда кіре берістегі және бейнеленген толқындардың интерыеренциясы орын алатын болады. Кіру порты тарамдаушының орталық кіре беріс портында орналасуы тиіс.
Майысқан айна және жазық тордың өздігінен фокусталу технологиясы. Үш еселік оптикалық мультиплексерлеуде аталған бұл технологиясы өздігінен фокустаудың классикалық сызбасын пайдаланады, оның жызқ дифракциялық торы (1), майысқан айнасы (2) және массивті талшықтардан құралған жарық жеткізушілері (3) бар, (2.5 а сурет), шектелген қадамды физикалық торды лек (2.5, в сурет). Жұмыс істеу сызбасы қарапайым (демультиплексор режимінде): кіре беріс талшықтағы мультиплексорлы лек (А), айнадан β конусының бұрышында бөлінеді және дифракциялық торға келіп түседі, түрлі бұрыштардағы толқынныі әр түрлі ұзындығын бейнелейді. Бұл дифракциялық сәулелер айнадан дифрагирленіп, белгілі бір нүктелерге фокусталады, мұнда сәйкес жеткізушілерді бөлетін талшықтардың қабылдаушы порттардың массивтері орналасқан.
Мысалы үшін осындай бір арнаны белгілеу көрсетілген, оның сәулелерінің конусы (дәл сондай β бұрышымен) В нүктесіне фокусталған (шығу талшығының портында).
Құрылымның барлық элементтері монолитті шыны блокта орналасқан. (4), бұл даярлаудың жоғары нақтылығын сақтауға және орындауға мүмкіндік береді (2.5, б сурет). Көрсетілген құрылым параболистік және сфералық айналармен қолданыла алады, үлкейті коэффиценті 1-ге тең. Ол афокальді (яғни, фокусы жоқ), сондықтан талшықтарға барлық кіретін және шығатын бұрыштар бірдей болады. Бір модульді талшықтар орамаларға арнайы физикалық торлармен жиналады. Мультиплексордың құрылымы тордың ішінде 131-ге дейін арналарды пайдалануға мүмкіндік береді, бұл 1 нм, немесе 262 арнаға дейін - 0,5 нм аралығындағы оптикалық қадамын орындауға мүмкіндік береді.
Көрсетілген барлық шешімдерде мультиплексирлеу жүйесі демультиплексирлеу үрдісіне кері болып саналады. Соңғы үш технологиялардың негізінде көрсетілген, WDM мультиплексорларының параметрлері 2.1 - кестеде көрсетілген.
а)
б)
в)
а) мультиплексирлеудің оптикалық сызбасы;
б) мультиплексордың құрылымы;
в) талшықтардың массивін ұйымдастырудың сызбасы
2.5-сурет. Үш еселік оптикалық мультиплексирлеу негізіндегі
WDM сызбасы
2.1-кесте. Оптикалық мультиплексирлеудің әр түрлі технологияларын салыстыру
Технология
Арналардың максималды саны
Арналардың жеткізілу,
нм
Енгізілген шығындар, дБ
Поляризациялауға сезімталдылығы %
Өтпелі сөнушілі, дБ
Темпера-туралық коэффицент 0,01 нм[о]С
AWG
32-64
0,1-15
6-8
2
-5--29
0,01
CG
78
1-4
10-16
2-50
-7--30
нд
3-DO
262
0,4-250
2-6
0
-30--55
нд
2.1 - кестеден көріп тұрғандай, 3-DO (3-D Optics) WDM технологиясы бес параметрлердің төртеуі бойынша артықшылыққа ие және WDM желілерінде HDWDM деңгейіне дейін, арналарды 0,4 нм дейін қолданылуы мүмкін.
Қазіргі уақытта алдынғы қатарлы компаниялардаға бір талшыққа шаққандағы жалпы есеп 1,28-1,60 Тбитс құрайды, бұл екінші топтың өндірушілеріне қарағанда жоғары. Alcatel, Cambrian-Nortel, Lucent Technologies және Pirelli-Cisco бұл көрсеткіштердің көшбасшысы болып екінші топ саналады.
Бұлармен салыстырғанда, әдетте, екінші топтың компаниялары оңай, әрі арзан шешімдерді ұсынады, олар бір секцияның ұзындығы бойынша пайдалануға есептелген және аралық түйіндемел бойынша жеке арналарды енгізушығару мүмкіндіктері жоқболып саналады (соңғылары жоқ болғандықтан). Алайда, оларда логикалық интерфейстердің саны көп және түрлі форматтағы сигналдармен жұмыс істеуге мүмкіндік береді, олар LAN жұмыс істейтін технологияларға тән: АTM, Ethernet, Fаst Ethernet, Gigabit Ethernet, FDDI және ДК байланыс интерфейстерін ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Кіріспе
5
1
Нысананың қазіргі жағдайына шолу жасау
7
1.1
Телекоммуникациялық нарықтағы Қазақтелеком АҚ компаниясының қызмет көрсетулері
7
1.2
Тараз қаласының телекоммуникациялар торабына қысқаша шолу
9
1.3
Заманауи желілердің дамуының әлемдік тенденциялары
11
1.4
WDM технологиясының даму тарихы
12
1.5
Мәселені қоюды негіздеу
14
2
Нысанаға техникалық қызмет көрсету
15
2.1
Толқындық мультиплексирлеу және WDM технологиясының жалпы сипаттамасы
15
2.2
WDM және TDM технологияларының салыстыру
26
2.3
PON пассивті оптикалық желі технологиясының абоненттерге қызмет көрсету түрлерін ұсынудағы ұтымдылығы
28
2.4
Оптикалық желінің өткізу қабілеттілігін арттыру үшін пайдаланылатын күшейткіш түрлері
37
2.5
Өткізу қабілеттілігін арттыру мақсатында оптикалық талшықты таңдау ерекшеліктері
41
3
Нысана ұсынып отырған қызметтердің сапасын есептеу
47
3.1
Оптикалық кабельдің өткізу қабілеттілігін Шеннон формуласы арқылы есептеу
47
3.2
Спектральді тиімділікті есептеу
48
3.3
Өткізу қабілеттілігіне нақты факторлардың әсері
50
Қорытынды
55
Пайдаланылған әдебиет тізімі
56
КІРІСПЕ
Опто-талшықты желі белгілі бір қажеттіліктерге негізделе отырып, осыдан отыз жыл бұрын белгілі бола бастады. Желінің дамуы қарқынды өсіп отырды. Сатылай келе, толқын ұзындығы 1300 нм болатын жаңа мөлдір әйнекті игеру болып табылады, мұнда бірмодалы талшыққа өту жүзеге асты. Оның басты артықшылығы болып, жылдамдықты көбейтуге және үлкен қашықтықта мәліметтерді таратуға мүмкіндік беруі саналады.
Бүгінгі таңда пассивті оптикалық желілердің болашағы жарқын, әрі оған ешқандай күмән келтіруге болмайды. Себебі бұл технология заман талабына сай, әрі тұтынушылардың көптеген қажеттіліктерін қамтамасыз ете алатыны айдай анық.
Дипломдық жұмыстың өзектілігі. Қазіргі уақытта әлем бойынша төселген бір үлгілі, стандартты талшықтардың төселімі өте көп, сол себепті осы негізде көптеген жүйелердің иелерінің алдында, өткізгіштігі заман талаптарына сәйкес келетіндей, желіні заманға сай етіп жасау мәселесі туындайды. Оптикалық технологияларды тартудың және магистральдарды толығымен оптикалық технологияның негізінде жасау (PON), желілердің үнемділігін, ыңғайлылығын және сенімділігін және ең бастысы қолда бар кабельдерді ауыстырмастан, өткізгіштік қасиетін арттыру мүмкіндігі.
Талшықты-оптикалық желінің өткізгіштік қасиетін арттыруды биттік жылдамдықты арттыру арқылы немесе бірнеше ұзындықты толқындарды қосу арқылы, яғни спектрлі мультиплексирлеуді қамтамасыз ететін WDM (Wave Division Multiplexing) құру арқылы немесе толқын ұзындығы бойынша мультиплексирлеу арқылы арттыруға болады. WDM жүйелерінің іске қосылуы экономикалық ойлаудың арқасында пайда болды, себебі қосымша регенераторлар мен жаңа кабельдер төсегенше, терминалды құрылғыларды орнату анағұрлым арзанға түседі.
WDM-ң мәні тәуелсіз оптикалық ақпараттық лектер бірігіп, толқынның әр түрлі ұзындықтарымен бір талшықтан беріліп отырады. Бұл ұялы телефон операторлары байланыс талшықтарының өткізгіштік қабілеттерін, құрылыссыз немесе жаңа талшықтарды жалға алусыз, қосымша капиталды шығындарсыз арттыра алатындығын білдіреді. Толқындардың n ұзындықтарында сигналдарды жіберу арқылы (яғни, n арналары арқылы), желінің өткізгіштік қасиетін n есеге арттыруға болады.
WDM технологиясын пайдаланатын, келесі буынның талшықты-оптикалық жүйелерін құрастыру үшін аз дисперсиялы жаңа оптикалық талшықтар сай келеді, ол әрі қарай модернизациялаудың және өткізу жолағын тиімді пайдаланудың өте көп мүмкіндіктерін ұсынады. Мысалы, арналардың жартысын баламалы видеоны жіберуге жұмсауға, ал келесі бөлімін-мәліметтерді жеткізуге, келесісін-сөзге қолдануға болады. Түрлі қызметтерді толқындық диапазонмен бөлу, сөзсіз, артықшылықтарға ие және көптеген операторлар мұны сезіне бастады. Қазіргі уақытта болашақ WDM-мен бірге екендігіне ешкім шүбә келтірмейді.
Дипломдық жұмыстың мақсаты Тараз қаласының мысалында оптикалық желілердің өткізгіштік қабілетін арттыру бойынша сұрақтарды қарастыру болып табылады.
Қойылған талаптарды шешу үшін келесі мәселелерді шешу керек:
- заманауи желілердің даму қарқынын қарастыру;
- опткалық желінің өткізу қабілеттілігін арттыру мақсатында пайдаланылатын құрылғылармен танысу;
- DWDM функционалды өлшемдерінің есебін жасау.
1 НЫСАНАНЫҢ ҚАЗІРГІ ЖАҒДАЙЫНА ШОЛУ ЖАСАУ
1.1 Телекоммуникациялық нарықтағы Қазақтелеком АҚ компаниясының қызмет көрсетулері
Мен өндірістік практикамды Тараз қаласының Оңтүтік өңірлік Қазақтелеком АҚ телекоммуникациялар дирекциясынның (ОӨТД) DSLAM басқару бөлімінде (1.1 - сурет) мерзімі бойынша 22.01.2018-дан 12.02.2018-ға дейін өттім.
1.1 - сурет. DSLAM басқару орталығы
Кәсіпорын келесідей бөлімдерден тұрады:
- проектрлеу және құрылыс орталығы;
- оперативті басқару орталығы;
- техникалық қолдану орталығы;
5В07.18.РЭТ.90.01
Әдеб.
Орындаған
Жетекші
Өл.
..
Бет
Беттер
ҚР Б және ҒМ КазҚКА
РТ кафедрасы
Тараз қаласы мысалында оптикалық желілердің өткізу қабілеттілігін арттыру мәселелері
Бекітемін
Н.бақылау
Қолы
Күні
Бет
Құжат №
Кусамбаева
Т. бақылау
Шомай Н.С.
Кусамбаева
Оразымбетова
Липская М.А.
- энергетика және климатехника орталығы;
- үлкейтілген сервиз орталығы;
- кординация және басқылаудың бөлімі;
- кадрларды дайындау және әлеуметтік сұрақтар;
- экономика және финанстық бөлім;
- арнайы жұмыс жоспарлау тобы.
Сонымен қатар 2 цех бар:
- Өндіріс - техникалық лаборатория цехы;
- Телекоммуникациялардың аулардың дамуының цехы.
Қазақтелеком АҚ компаниясы әрдайым алға жылжуға тырысады, үнемі өз қызметтерін жетілдіреді, сонымен біргі ғаламторға қосылу қызметін. Қазақстандағы ғаламтор пайдаланушылары да ғаламтор қызметтерінің сапасына және мәліметтерді жеткізудің жылдамдығына жоғары талаптар қоюда.
Телекоммуникациялық нарықта қолжетімділіктің барлық дерлік технологиялары ұсынылған. Бірақ, ғаламдық тренд әлдеқашан таңдалып алынды, бастамашы технология-оптикалық талшықтар бойынша қолжетімділікті ұйымдастыру. Дәл осы технология абоненттердің өсіп келе жатқан сұраныстарын қанағаттандыра алады.
Қазақстан Республикасындағы 2010-2014 жылдарға арналған мемлекеттік бағдарламаның шеңберінде, Қазақтелеком компаниясы операторлардың арасында ең бірінші болып GPON (Gigabit Passive Optical Network) желілерінің құрылысын бастады. PON Passive Optical Network технологиясы -- пассивті оптикалық желі, GPON Gigabit Passive Optical Network -- гигабитті оптикалық желі. Пассивті болуның себебі, АТС аумағынан абонентке дейін ешқандай активті құрылғылар пайдаланылмайды -- талшық клиенттің пәтеріне дейін тартылады. Осыған орай каналдың тарату мүмкіншілігі өте үлкен болады, бір ған байланыс жолымен бірнеше қызмет көрсетулер жүзеге асады: телефон, телевидение, Интернет. Желі талшықты әрбір пәтерге дейін жеткізуді білдіреді. Тараз қаласының қалалық телекоммуникациялар орталығы саналатын Қазақтелеком АҚ халықаралық стандарттарға сай келетін, Тараз қаласындағы желілердің масштабты модернизациясын жүргізуде.
PON желісінің қасиеттері:
- толқынның екі ұзындығында бір-біріне қарама-қарсы бағытта орналасқан, бір талшықтан жеткізетін ағаш тәрізді архитектура: 1550 нм (орталық түйіннен абоненттерге қарай төмен бағытталған лек) және 1310 нм (абоненттерден орталық түйінге қарай жоғары бағытталған лек);
- ағаштың аралық түйіндерінде пассивті оптикалық тарамдауыштар орналасқан;
- TDMA әдісін пайдалану абоненттер арасында өткізу жолағын ыңғайлы бөлуге мүмкіндік береді;
- орталық түйіннен өтетін бір талшыққа (OLT) 32 абоненттік түйіндерді орналастыруға болады (ONT);
- максималды арақашықтық 20 км құрайды.
Жаңа технологияның артықшылығы болып опто талшықты кабельдің абоненттің пәтеріне дейін кіргізілуі саналады, мұнда тұтынушылық құрылғы-оптикалық терминал ONT орнатылады, оған компьютер, телефон және теледидар қосылады. Нәтижесінде абонентке iD бренді бойынша қызметтер пакетінің толық қызметі ұсынылады:
- iD Net-ғаламтор желісіне жоғары жылдамдықты қолжетімділік;
- iD TV-HD форматындағы сандық интерактивті телевидение;
- iD Phone-тәуелсіз нөмірлі сандық телефония.
- Қазіргі күні абоненттерге iD Net Hit және iD Net Turbo тарифтік жоспарлары ұсынылады, олардың өткізгіштік қабілеті 20-30 Мбитс, ал сыртқы ресурстар үшін 50-100 Мбитс.
GPON желісі болашақта жезді желіден мүлдем бас тартуға, жарақатталуды болдырмауға және көрсетілетін қызметтердің сервисін еселеп арттыруға мүмкіндік береді.
FTTH (Fiber to the home-үйгепәтерге дейінгі оптоталшық) технологиясы абонеттік қолжетімділікті құрастырудағы, заманауи, болашақ технологиясы болып табылады, ол телефонияның, ғаламтордың және интерактивтң теледидардың барлық қызметтер спектірін ұсынуға мүмкіндік береді.
Қазақтелеком АҚ 2000 жылдан бастап, ғаламтор желілерінің қызметтерін ұсынуда оптикалық талшықтарды қолданады. Барлық облыс орталықтарында және басқа бірнеше қалаларда FTTС (Fiber to the сurb-оптоталшықты үйлер тобына дейін) технологиялары қолданылады.
Megaline-мен салыстырғанда, iDNet ғаламторға қосылудың, видео және дауысты жіберудің анағұрлым жоғары сапалы қызметтерін ұсынады. 2010 жылдың басынан бері Қазақтелеком АҚ Алматыда IDNet қызметтерін көрсетуді бастады. Қызметтң жүзеге асыру үшін Ethernet To the Hоmе (ЕTTH) технологиясы пайдаланылады, ол опто-талшықты кабельдің ғимараттың кіре берісіндегі коммутаторларға дейін төсеуді және әрі қарай абонентке дейін 5 деңгей арқылы кабельдің тартылуын білдіреді.
1.2 Тараз қаласының телекоммуникациялар торабына қысқаша шолу
Тараз қаласы бүгінгі таңда қала тұрғындарынан бөлек аудан, ауыл-аймақтарды телефондық байланыс қызметімен қамтамасыз етуде. Шамамен 10 аудан және ауыл елді мекендеріне өз қызметтерін көрсетуде. Қала бойынша 7 базалық станция орналасқан, ал БҚО-сы бойынша шамамен 45 тен астам базалық станция, 6 АТС бар, соның ішінде 2 координаттық станция, 4 сандық бар. Онда DMS-100200 станциясы орнатылған. Онымен қоса онда АМТС 5ЕSS, басқа аудан немесе қалаларға байланысқа шығуға арналған станциясы орнатылған. бар.
Қаланың байланыс желісінің жалпы сыйымдылығы 115000 нөмір, оның 100000 нөмірі сымды байланыс, ал 15000 нөмір CDMA сымсыз байланыс технологиясы арқылы орнатылған. Желідегі нумерация алты мәнді. Қаламызда бүгінгі таңда жалпы саны 3 АТС, яғни АТС -43, АТС 4546 және АТС 52, сонымен қатар 11 подстанция (REM), 102 DSLAM, 90 МСАД жұмыс істейді. Және де айта кетерлік, қалада мәліметті тарату бойынша, яғни мұнда IDTV + IDPHONE + Megaline қызметтері кіреді, 45000-ға жуық үлесті құрап отыр.
Барлық келесі ұрпақ желісін жобалауда деректер ағынын сақтауда VPN виртуальды желісіндегі MPLS технологиясын қолданады.
Тараз қаласының MetroEtherNet желісі екі орталық түйін және Cisco 7609 құрылғысы негізінде құрастырылған. Әрі олар 10 Гбитс-тік сақина бойынша орнатылған. Одан басқа АТС -54, АТС- 55, REM-517 түйіндерінде Cisco 4924, ал қалған түйіндерде Cisco 3750 құрылғысы орнатылған.
Тараз қаласының абоненттік қатынау желісі келесідей база негізінде ұйымдастырылған:
- ZyXEL IES 3000 типті DSLAM, ZyXEL IES 2000, Alcatel ISAM 7302, Huawei MA5600, Hi-focus (1.2 - сурет);
- ADSL МАД;
- IP DSLAM МАД.
1.2 - сурет. Hi-focus аппаратурасы
"Қазақтелеком" АҚ-ы Интернетке кең ауқымды жолмен шығудың мейлінше өміршең технологиясына біртін-біртін көшу стратегиясының аясында жеке тұлғалар үшін мүлдем жаңа қызметті - FTTH (Fiber to the home-үйгепәтерге дейінгі оптикалық талшық) технологиясы бойынша iD Net қызметін ұсынады. FTTH технологиясы-оптикалық кәбілді әр абоненттің үйіне дейін жеткізу деген мағына береді. Байланыстың оптикалық-талшықтық желісінің бүгінгі күні ақпарат ағынын жөнелтудің ең жаңа және сапалы әдісі болып отырғандығы белгілі.
2003 жылы Қазақтелеком SDHDWDM құрылғылары мен кілттеу арқылы пайдалануға беру және монтаждау қызмет көрсетулерін магистральді және зона аралық транспорттық АҚ Қазақтелеком желісін кеңейту мақсатында сатып алды.
Тараз қаласындағы қолданыста бар ТОБЖ желісін модернизациялау бойынша іс-шаралар мына мақсаттарда жүргізілу қажет:
- SDH желісі (таратушы және қабылдаушы құрылғыларды уақыт бойынша синхронизациялауға негізделген деректерді беру жүйесі)сегменттер ауқымын үлкейту мен жұмыс істеу сенімділігін арттыру;
- видеобақылау жүйесі үшін жоғарыжылдамдықты байланыс жолдарын қамтамасыз ету;
- аудандық кеңселері бар ұжымдық желілер үшін қосымша байланыс жолдарын бөлу;
- SDH-ті пайдаланбай SCADA жүйесі жұмысының сенімділігін арттыру.
Сонымен қоса, жаңа толқындық тығыздау құрылғылары ақпаратты сақтау жүйесі үшін изоляцияланған жоғарыжылдамдықты мәліметтер арнасының жұмысын қамтамасыз етеді, сондай-ақ ТОБЖ магистральды кабелінде оптоталшықтарды бөлмей-ақ магистральды сервистерді ұсыну үшін оптикалық арналар санын көбейтеді.
Жаңа құрылғылар 15 жыл бойы ТОБЖ жүйесін пайдаланудың сенімділігін қамтамасыз етеді деп болжайды.
1.3 Заманауи желілердің дамуының әлемдік тенденциялары
Оператордың желісі қажетті көлемдегі барлық қызметтер түрінен трафиктің жеткізілуін, талап етілген сапа деңгейінде және желінің барлық деңгейіндегі сенімділікпен қамтамасыз етуі керек.
Заманауи және болашақтағы байланыс желілері келесі талаптарды қанағаттандыруы тиіс:
- қызметтерді тұтынушылардың трафиктерін өткізу үшін қажетті өткізгіштік қасиеті болуы тиіс;
- барлық қызметтер түрлерінің қажетті сапа дәрежелерін қамтамасыз ету;
- қажетті сенімділік дәрежесінің болуы;
- желінің жұмысқа қабілеттілігін басқара алу және орталық мониторинг жүргізу мүмкіндігі;
- желінің өнімділігін сараптамау құралдарының болуы және трафиктің өткізгіштік қабілетіне деген артып келе жатқан қажеттіліктерді қанағаттандыру мүмкіндіктерінің болуы.
Болашағы бар оптикалық желі келесідей талаптарға сай келуі тиіс:
- мультиплексирлену - қызмет көрсету технологияларының транспорттық технологияларға тәуелді болмауы (кез-келген қызмет түрі кез-келген транспорт түрі арқылы);
- кең жолақтылық - тұтынушының талаптарына байланысты ақпаратты жеткізудің жылдамдығын ыңғайлы және динамикалық түрде өзгерте алу мүмкіндігі;
- мультимедиалылық - желінің бір уақытта көп құрамды ақпаратты жеткізе алу мүмкіндігі (дауыс, видео, мәліметтер);
- интеллектуалдылық - оператордың немесе тұтынушының тарапынан қызметті басқара алу мүмкіндігі.
1.4 WDM технологиясының даму тарихы
Сұрақтың тарихына терең енбенстен, Wavelength-division multiplexing (WDM) технологиясының 1980 жылдан ертерек құрастылып шығарылғанын айтып өткім келеді. Толқындық мультиплексирлеудің техникасы ғана емес, сонымен бірге құрастырылып шығарылған WDM мультиплексирлердіңдемультиплексир лердің ең алғашқы сипаттамалары 1977 жылға жатады.
Бұл WDM-ң (технология ретінде) 70-ші жылдардың басынан бастап құрастырыла бастағанын білдіреді. Ең алғашқы құралдар, сол кездегі танымал болған, 1-ші терезеге (700-850 нм) арналып жасалған болатын, олар 2-4 арналарды біріктіруге бағытталып, макро-микро оптикалырға бағытталған. Содан кейін жалпыға ортақ үрдістерге байланысты, 2 және 3-ші терезелерге және бір үлгілі ОТ-ға қарай ауысу басталды.
1985 жылы ең алғаш рет Bell Labs (AT&T) мамандарының қолынан 10 арнаны (2 Гбитс) 1,3 нм жеткізушілігімен мультиплексирлеу келді. Содан бері 15 жыл бойына бұл технология жетіліп және қарқын алып келеді. Алайда, 1995 жылға дейін бұл технология аз таралған болатын. Алғашқы оптикалық жүйелерді, бір талшықта екі арнаны біріктіру мақсатында, жеткізушілерге бағытталған ағындарды мультиплексирлеу үшін пайдаланған.
Содан соң WDM мультиплексорлары 1350 және1550 нм екі тасымалдаушысын бір талшықта біріктіру үшін пайдаланыла бастады, бұл ТОБЖ-ң сиымдылығын екі есе арттырып қана қоймай, сонымен бірге ескі желілерді (1310 нм қолданатын) бір үлгілі ОТ-да (1550 нм қолданатын) жасырып қоюға мүмкіндік берді.
WDM-ң бәсекеге қабілетті технология кеңінен ретінде мойындалуы 1995-ші жылы келді, бұл кезде 800-400ГГц тасымалдылығы бар 4 арналы толық дуплексті алғашқы жүйелер пайда болған еді. Олардың тез арада енгізілуіне WDM құрылғыларының жоғары бағасы және осы саладағы арзан SDHSONET мультиплексирлерінің жаппай жасалуы кедергі келтірлді. Алайда, соңғы үш жыл ішінде бұл технология алыс байланыстардағы опереторлардың желілерінде кең таралып кетті. Қазіргі таңда, WDM жүйелері 128-160 арналарға дейін біріктіруге мүмкіндік береді, сонымен қатар Bell Labs 2000 жылдың басында бір талшықтағы 1024 арнаны біріктіру тәжірибелерінің сәтті өткендігін мәлімдеді.
Қазіргі уақытта WDM, жеткізушілердің оптикалық жүйелері үшін 60-шы жылдардағы мәліметтерді жеткізудің баламалы жүйелеріне арналған МЧР жиілікті мультиплексирлеумен бірдей рөл атқаруда.
Байланыс арналарының өткізгіштік қабілетіне деген қажеттілік Солтүстік Америкада, Еуропада және Азияда қатты байқалады және бүкіл әлем бойынша артып келеді. 1990-шы жылдардың аяғында халықаралық байланыс жүйелері арқылы ақпараттарды жеткізудің көлемі ғаламтор секілді феноменнің арқасында бірнеше есе артты. Ғаламтор әскери және ғылыми-зерттеу мекемелері үшін алдынғы қатарлы қызметтерді көрсете отырып, өз кезегін ұзақ күтті. Халықаралық WorldWide Web желісі пайда болған кезде, және кең қоғам ғаламтордағы сарқылмайтын ақпараттарға қол жеткізген кезде, оның кез-келген өткізу жолағын жұтып қою қабілеті бірден айқындалды. Содан кейін белең алған байланыс арналарының өткізушілік қабілеті барлық күтілген болжамдардан асып түсті. Оптикалық талшықтар аталған ақпараттардың өте көп көлеміне төтеп бере алған нақты орта болып шықты.
WDM технологиясын қолдану барысында өткізгіштік қабілетінің өсімі қымбат оптикалық кабельді ауыстырмастан орындалады. WDM технологияларын пайдалану тек қана оптикалық кабельдерді немесе талшықтарды жалға беруге мүмкіндік бермейді, сонымен қатар толқындардың жекеленген ұзындықтарын да беруге болады, яғни виртуалды талшық концепциясын жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Толқындардың әр түрлі ұзындықтарындағы бір ғана талшық арқылы бір уақытта түрлі жүктемелерді жеткізуге болады-кабельді теледидарды, телефонияны, ғаламтор трафигін, талап ету бойынша видео және т.б. Осылардың қорытындысы ретінде, оптикалық кабельдегі талшықтардың жартысын қор үшін пайдалануға болады.
WDM технологияларын қолдану қолда бар желілерге қосымша оптикалық кабельдерді жүргізбеуге мүмкіндік береді. Тіпті болашақта талшықтың құны жаңа технологияларды пайдалануға байланысты азаятын болса да, талшықты-оптикалық инфрақұрылым (төселген талшықпен және орнатылған құрылғы) әрдайым қымбат тұратын болады. Оның тиімді жұмыс істеуі үшін ұзақ уақыт аралығында, оның өткізгіштік қабілетін арттыру мүмкіндігі және көрсетілетін қызметтердің санын оптикалық кабельді ауыстырмастан өзгерту мүмкіндігі болуы тиіс. WDM технологиясы дәл осындай мүмкіндіктерді береді.
WDM технологиясы әзірге негізінен, үлкен өткізу жолағын талап етуші, ұзаққа созылған байланыс желілерінде қолданылатын. Қалалық және ауылдық масштабтағы желілер және кабельді телевидения жүйелері де WDM технологиялары үшін потенциалды кең нарық болып табылады. Төселген кабельді тиімді пайдалану қажеттілігі, бір талшық арқылы жеткізілетін арналардың санын айтарлықтай арттыруға және олардың арасындағы арақашықтықты азйтуға алып келді. Қазіргі уақытта арналардың арасындағы 100 ГГц (~ 0,8 нм) жиілікті интервалы бар жүйелерлерді және DWDM мультиплексирлеу тығыз толқынды жүйелері деп атайды.
Теориялық тұрғыда толқындардың кез-келген ұзындықта жеткізуді орындауға мүмкіндік береді, алайда,тәжірибелік шектеулер, WDM технологиялары үшін маңайда толқындардың тар 1550 нм диапазонына ғана қалдыруда.
1.5 Мәселені қоюды негіздеу
Тұтынушылар сұраныстарымына сай, және олардың сұраныстарын өтеуінен, сұраныстың қызмет көрсетуінен асып, сол сұраныстарға сәйкес кең жолақты қатынаудың жаңа технологияларын қолдану, мысалы PON.
Оптикалық желілердің өткізу қабілеттілігін арттырудың негізгі әдістері:
1. Байланыс жолдарында жаңа оптикалық кабельдерді (ОК) төсеу.
Бұл процесс қомақты қаражатты және ұзақмерзімді жоспарлауды қажет етекендіктен әрдайым мүмкін бола бермейді. Жаңа жақсартылған техникалық сипаттамалары бар ОК-ді пайдалану кезінде оптикалық арналар саны мен сәйкесінше оптикалық талшықтар санын арттыру болжамы пайда болады;
2. Жылдам әрекет ететін электрониканы пайдалану (10Гбитс, 40Гбитс).
Құрылғыны таңдау барысында ең соңғы технологиялық жетістіктерді пайдалануға ұмтылу қажет болады. Ақпаратты тарату жылдамдығының шегі мен таралатын ақпарат саны бірнеше есе артады. Бағасы мен сапасы таңдауға әсер етпейді;
3. Электрлік компонеттерден толығымен оптикалық компоненттерге көшу. Электрлік компоненттерге қарағанда, оптикалық компоненттер параметрлерінің көбі мәліметтерді тарату жылдамдығына тәуелсіз және олар үшін биттік жылдамдық бағасының өсуі көп болмайды. Сигналды түрлендірмей-ақ оптикалық деңгейде коммутацияны жүргізе алады. Арналарды тығыздау бойынша жаңа технологияларды пайдалану, мысалы, толқын ұзындығы бойынша (WDM - Wavelength division multiplexing). Бұл үшін оптикалық күшейткіштері бар жолдардағы терминалдарды ауыстыру ғана жеткілікті. Магистральды желілердің өткізу қабілеттілігін арттыру үшін бұл әдіс әсіресе тартымды.
2 НЫСАНАҒА ТЕХНИКАЛЫҚ ҚЫЗМЕТ КӨРСЕТУ
2.1 Толқындық мультиплексирлеу және WDM технологиясының жалпы сипаттамасы
Wavelength-division multiplexing (WDM)-толқындардың ұзындығы бойынша бөлінген оптикалық мультиплексирлеу (сонымен қатар, толқындық немесе спектрлі мультиплексирлеу деп те аталады)-оптикалық (немесе спектрлі) тығыздалу технологиясы (2.1-сурет).
2.1-сурет. WDM технологиясының жұмыс істеу принципі
WDM жүйелері оптикалық талшықтың бір уақытта әр түрлі ұзындықтағы толқындардың (түстерін) жарығын өзара интерференцияның көмегінсіз жеткізу қабілетіне негізделген. Толқынның әрбір ұзындығы талшықтағы бөлек бір оптикалық арнаны көрсетеді. Бір талшықта бірнеше арналарды біріктірудің, содан соң оларды желінің қажетті жерлерінде белгілеудің әр түрлі оптикалық әдістері бар.
5В07.18.РЭТ.90.02
Әдеб.
Орындаған
Жетекші
Өл.
..
Бет
Беттер
ҚР Б және ҒМ КазҚКА
РТ кафедрасы
Тараз қаласы мысалында оптикалық желілердің өткізу қабілеттілігін арттыру мәселелері
Бекітемін
Н.бақылау
Қолы
Қо
Күні
Бет
Құжат №
Кусамбаева
Т. бақылау
Шомай Н.С.
Кусамбаева
Оразымбетова
Липская М.А.
Қазіргі таңда WDM технологиясы арналарды бір талшықпен жіберуге мүмкіндік береді, ерекшелігі тек қана нанометрдің (1 нм = 10-9 м) бүкіл бойындағы көршілес арналардың толқын ұзындықтарына байланысты болады, бұл тығыз толқындық мультиплексирлеу деп аталады DWDM (Dense WDM). WDM технологиясының дамуы, жеке оптикалық арналар арқылы жүзден аса тәуелсіз оптикалық арналар жіберілетін коммерциялық желілерді жасауға жол ашты, сонымен бірге дабылдардың жеткізілуі бір ғана оптикалық талшықта, екі бағытта жүзеге асырылады. Және бұл тек қана бастамасы.
Өз жетістіктері үшін DWDM технологиясы, EDFA эрбилі (Erbium Doped Fiber Amplifier) оптикалық талшықтардағы күшейткіштердің құрастырылуына қарыздар. Бұл құрылғыларда тарту лазерінің энергиясына байланысты арналарға барлық келіп түсушілердің, 1530-1565 нм-аралығында орналасқан толқындардың ұзындықтарының күшейтілуі орын алады. EDFA күшейткіштерінде оптикалық дабылдар электрлі дабылдарға айналмастан күшейтіледі және қайтадан орнына келеді, бұл мәліметтерді алыс жерлерге жеткізуде электронды компоненттерді айтарлықтай үнемдеуге немесе мүлдем оларсыз жұмыс істеуге мімкіндік береді.
TDM технологиясында кіре берістегі төмен жылдамдықты арналар стандартты жылдамдықтарға келтірілген және бір-бірімен үйлесіп, жеткізудің бір ғана жоғары жылдамдықты (мультиплексирлеуші) арнасына айналады. Әрбір төменгі жылдамдықты арнаға белгілі бір уақыт аралығында қайталанатын уақыт интервалдары (тайм-слоттар) беріледі. Байланыс арналарының өткізгіштік қабілеттерін арттыру үшін (төмен жылдамдықты арналардың көп көлемін жеткізу) құраушы арнанынң биттік жылдамдығын арттыру қажет, бұл құрылғының қымбаттауына және жеткізу хаттамаларының күрделенуіне алып келеді.
Сонымен қатар, алғашқы төмен жылдамдықты арналарды қалпына келтіру үшін (демультиплексирлеу) қабылдаушы тарапында әрбір сайт-слоттың айтарлықтай қауіпсіздігін және идентификациясын қамтамасыз ету қажет.
Мұнымен салыстырғанда WDM технологиясы байланыс арнасының өткізгіштік қасиетін, қолда бар электронды құрылғыны өзгертпестен арттыыруға мүмкіндік береді. Жаңа арналар жаңа байланыс арналарына қолданыстағы арналарға ешбір зиянын тигізбестен қосылады. Арналардың әр түрлі хаттамалары және жеткізу жылдамдықтары болуы мүмкін және оларды өзара үйлестірудің қажеттілігі жоқ. Сонымен қатар, әрбір WDM жүйесінің арнасына TDM технологиясы қолданылуы мүмкін, бұл жеке тұтынушылардың арасындағы арнаның өткізу жолағын бөлудегі бұдан да көп жеңілдікті береді.
Қазіргі күні DWDM құрылғысының өндірушілері бірнеше ондық арналар сиып кететін жүйелерді жасауда. Бір ғана оптикалық талшық арқылы жүздеген арналарды жеткізуге мүмкіндік беретін тәжірибелі жүйелер бар және олар жеткізудің соммалық жылдамдығы бойынша 1 Тбитс-қа дейін жетеді. Мұндай өткізу қабілетіне ие жүйелер байланыс операторларының арасында қызығушылық тудыруда. 2.2 - суретте WDM технологиясын пайдалану арқылы желінің өткізгіштік қасиетін арттыру мүмкіндігі көрсетілген.
2.2-сурет. Арналардың санын арттыру арқылы байланыс арналарының өткізгіштік қабілетінің айтарлықтай артуы
Байланыс арналарының өткізгіштік қабілетінің артуына деген сұраныс жыл сайын артып келеді, бұл қарқын жақын он жылдықта азая қоймас. Сонымен қатар, бұл қажеттілік географиялық тұрғыдан артып келеді. Жеткізушілердің бағаны төмендетуі, телекоммуникациялардағы мемлекеттердің монополиялық позицияларының әлсіреуі және ғаламторды қолдануға деген азаймайтын қызығушылық жеткізуге деген жылдамдықтың артуына сұранысты өсіруде. Қазіргі күні, DWDM технологиясы тәжірибе жүзінде өзінің сенімділігін көрсете отырып, өткізу жолағының ең үнемді және тез өсімін қамтамасыз етуде. Көп жағдайларда DWDM технологиясын пайдалануға байланысты оптикалық желінің өткізгіштік қасиеті жүздеген есеге артуы мүмкін.
Көріп отырғанымыздай, DWDM технологиясы жақын уақыт аралығында, өзінің өткізу қабілетінің шегіне жете қоймас. Жоғарыда айтылып кеткендей, тәжірибелі желілерде бірнеше жүздеген арналардың бір ғана оптикалық арнамен жеткізілуіне қол жеткен. Арналар санының әрі қарайғы өсуі, олардың арасындағы спектрлі арақашықтықты азайту арқылы, EDFA күшейткіштерін кең спектрлі (мысалы, L-диапазонын қоса алғанда 1565-тен 1625 нм-ге дейін), қолдану арқылы немесе жеткізуді 1200 нм-ге дейінгі диапазонда, қосымша күшейткіштерді пайдаланбастан, жеткізуді қамтамасыз етуге мүмкіндік беретін, арнайы талшықтарды пайдалану арқылы орындалуы мүмкін.
ITU-T G.694.2 ұсынысына сәйкес спектр диапазондары:
- O - бастапқы, біріншілік (Original, 1260-1360 нм);
- E-кеңейтілген (Extended, 1360-1460 нм);
- S-қысқатолқынды (Short Wavelength, 1460-1530 нм);
- C - қарапайым, стандартты (Conventional, 1530-1570 нм);
- L-ұзынтолқынды (Long Wavelength, 1570-1625 нм).
Өткізушілік қабілеттіліктің жоғары шегі әрбір арнадағы жылдамдықты арттырған кезде орын алады. Жеткізудің заманауи жүйелерінде бұл жылдамдық 2,5 Гбитс немесе 10 Гбитс құрайды. Бір аранаға шаққанда жылдамдығы 40 Гбитс құрайтын тәжірибелі жүйелер көрсетілген болатын, сондай-ақ 40 Гбитс жылдамдықпен бір уақытта 192 арнаға мәліметтерді жеткізу мүмкіндігі пайда болды. Бұл бір талшық бойынша жеткізудің соммалық жылдамдығына 5 Тбитс (шамамен, секундына 1000 компакт-дискілеріне) сәйкес келеді. Ғаламтор бойынша нақты уақытта аудио және видеоларды жеткізуге деген сұраныстың DWDM жүйелерінің кеңінен қолданылуына алып келері сөзсіз.
Ғаламтор провайдерлерінің жеңіл тыныстауына болатындай еді-құрылғыны өндірушілер байланыс желілерінің өткізгіштік қасиетін арттыруға дайын. Алайда, іс жүзінде жаңа технологияларды енгізу көптеген шығындарға алып келеді. DWDM желілерінің сәйкесінше қызмет ету деңгейін қамтамасыз ету, бірінші буындағы талшықты-оптикалық желілермен салыстырғанда айтарлықтай күрделі тапсырма болып табылады. Талшық бойынша бір ғана арна жеткізілген кезде, арнаның жағдайы осциллографтың көмегімен дабылдарды физикалық деңгейде бақылау және оптикалық-тәжірибелік рефлектометр OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) көмегімен талшықтың сипаттамаларын бақылау арқылы жүзеге асырылады.
Бірнеше төмен жылдамдықты арналар бір жоғары жылдамдықты арнаға біріктірілген кезде, TDM желілерінің жағдайын бақылау, өлшеудің анағұрлым күрделі құрылғысын және тесттілеудің әдістерін талап етеді. DWDM желілері тесттілеуге жаңа өлшемді енгізуде-жеткізудің толықтығы мен тиімділігіне әсер етуші барлық параметрлер, толқынның әрбір ұзындығы үшін әрбір арнада өлшенуі қажет. Бұл айтарлықтай қиын тапсырма, әсіресе, толқын бойындағы талшықтағы арналардың тығыз орналасу жағдайында.
Толқынның барлық ұзындықтарындағы DWDM (активті және пассивті компонеттер, жүйешелер және оптикалық талшықтар) жүйелерінің жеке элементтерін және жалпы алғанда барлық желіні, әрдайым тексеріп, сынап отыру керек. Өлшейтін құралды таңдау, сыналатын компонеттердің күрделілігіне, байланыс желілерінің типіне және шешілетін тапсырмаларға байланысты болады және байланыс операторларындағы персоналдың арнайы даярламасын талап етеді.
Талшықты оптикалық тарау жүйесінің (ТОТЖ) оптикалық арналардың спектрлі бөліндісі бар құрылымдық сызбасы 2.3 - суретте көрсетілген, мұнда мақұлданған мәндер арқылы жаңалары қосылады: Көпарналы сигналды қалыптастыру жабдығы (КСҚЖ) - ол электрлі сигналды қалыптастыруға бағытталған арнаны қалыптастырушы құрылғыны (АҚҚ) және жанасу жабдығы (ЖЖ) бірігуін білдіретін көп арналы сигналды қалыптастырушы құрылғы, олардың өлшемдері оптикалық жеткізушімен (ОЖет) және оптикалық қабылдаушымен (ОҚаб) келісілген; СБірҚ (немесе MUX-WDM мультиплексаторы)-біріктірудің спектрлі құрылғысы спектрлі жеткізушілерді бір талшыққа біріктірілуін жүзеге асырушы (ОТ); СБөлҚ (немесе DMUX - WDM демультиплексаторы)-спектрлі бөлу құрылғысы, мұнда оптикалық жеткізушілер бөлінеді және оптикалық қабылдаушыларға келіп түседі.
2.3-сурет. Оптикалық арналарды спектрлі бөлуші
ТОТЖ-ң құрылымдық сызбасы
Жіберуші бекетте жіберудің n жүйелері бар (бір немесе көп типті), олардың сигналдары әр түрлі оптикалық жеткізушілерді сәулелендіретін n оптикалық жеткізушілерге беріледі. СБөлҚ көмегімен түрлі оптикалық сигналдардың ОТ-қа енгізілуі жүзеге асырылады.
СБөлҚ-ға қабылдаушы жақта оптикалық тасымалдаушылар оптикалық қабылдаушыларға бөлінеді және әрі қарай КСҚЖ-ке жеткізіледі. Осылайша, бір ОТ арқылы n спектрлі оптикалық арналар қалыптастырылады, яғни ОТ-ң өткізгіштік қасиеті, тасымалдаудың дәстүрлі оптикалық жүйелеріне қарағанда, n есеге артады. Сонымен қатар, бұл әдіс желілік байланысты қосымша жұмыстар жүргізбестен, желілік байланыстың дамуын қамтамасыз етуге, сондай-ақ бөлінген жерлерде немесе жарық лектерінің ерекшеленген жерлерінде спектрлі нығыздалудың пассивті элементтері бар кез-келген құрылымдағы тарамдалған желілерді жасауға мүмкіндік береді.
DWDM жүйелерінің сан алуан артықшылықтары, олардың бағасынан көрініс табуда. Біріншіден, оптикалық компонеттердің көптеген қасиеттері мен оптикалық кабельдің сипаттамалары аса маңызды болып келеді. Екіншіден, желінің архитектурасына деген және WDM желілерінің компонеттерін таңдауға деген талаптар, мысалы, TDM деңгейіндегі STM-16 желілеріне қарағанда айтарлықтай қатаң болып табылады.
WDM тақырыптарына арналған түрлі жарияларымда WDM мультиплекстерінің үш типін көрсету әдетке айналған:
- қарапайым WDM,
- тығыз WDM (DWDM),
- жоғары тығыздықты WDM (HDWDM).
Қазіргі уақытқа дейін бұл типтердің арасында нақты бөлудің болмауына қарамастан, Alcatel және ECI компанияларының соңына ере отырып, WDM желілерін, оның арналық жобасымен бірге, өндіру тарихына негізделген кейбір шекараларды көрсетуге болады, олар сондай-ақ толқындық немесе жиілікті көрсеткіштің пайдаланылуына байланысты толқындық жоба немесе жиілік жобасы деп те аталады. Сонымен, былай деп атауға болады:
- WDM жүйелерімен-арналардың жиілігі бойынша қадамымен (жеткізілуімен) 200 ГГц, ол 16 арнадан артық мультипликациялауға мүмкіндік бермейді;
- DWDM жүйелерімен - арналардың жиілігі бойынша қадамымен (жеткізілуімен) 100 ГГц, ол 64 арнадан артық мультипликациялауға мүмкіндік бермейді;
- HDWDM жүйелерімен - арналардың жиілігі бойынша қадамымен (жеткізілуімен) 50 ГГц, ол 64 арнадан артық мультипликациялауға мүмкіндік бермейді.
Егер бұл мамандандырулардағы арналардың санын жетерліктей шартты деп есептеуге болатын болса; онда жиілік бойынша жасалатын қадам айтарлықтай маңызға ие, соңғы позицияда ол 25 ГГц болуы мүмкін.
WDM класының алғашқы мультиплексаторлары, білетініміздей, 2-ші және 3-ші терезелердегі жеткізушілерді мультиплексирлеу үшін пайдаланған болатын-1310 және 1550 нм, олардың арасындағы арақашықтық 240 нм үлкен болғандығы соншалық, оларды жүзеге асыру барысында бөлуге арналған арнайы сүзгілер қажет болмаған. Әрі қарайғы күштер селективтіліктік күшейту үшін бағытталған (арналарды тасымалдауды азайту), дискретті оптикаға негізделген дәстүрлі оптикалық фильтрлерді пайдалану технологиясы келесі нәтижелерге қол жеткізуге мүмкіндік берді:
- арналарды жеткізу -20-30 нм;
- арналардың арасындағы өтуші сөнушілік 20 дБ;
- енгізілген шығындардың деңгейі-2-4 дБ.
Мультиплексирлеу және демультиплексирлеу процедураларының кері қайтарымды екендігін және мультиплексердің демультиплексермен бірдей қызмет атқаратындығын ескере отырып, егер кіре берісті шығатын орын ретінде ауыстыратын болсақ деп, біз тек қана демультиплексаторларды ғана қарастыратын боламыз.
Барлық демультиплексорларды үлкен екі класқа бөлуге болады:
- микрооптикалық құрылғылардағы демультиплексорлар;
- тарамдаушыларға бағытталған оптоталшықтылар.
Бірінші класс негіздегі сүзгілеудің көмегімен жеткізушілерді бөлуге негізделген, мультиплексирлеудің негізгі екі технологиясын жүзеге асыру үшін микрооптиканы пайдаланады:
- интерференциялық сүзгілерді;
- бұрыштық дисперсия құбылысы.
Интерфернециялық сүзгілер негізіндегі технологиялар анағұрлым ескі және атақты, себебі әйгілі резонатор Фабри-Пероның қағидаларын қолданады.
Бір интерференциялық сүзгі λ1, ... , λn лектерін екі лекке бөлетіндіктен: λ1 және λ2, ... , λn , яғни көп толқынды лектен тек қана бір ғана жеткізушіні белгілей алатындықтан, n жеткізушілерді демультиплексирлеу үшін n сүзгілерін орнату қажет. Мұндай 4 толқынды демультиплексатордың сызбасы 2.4 - суретте көрсетілген. Бұл суреттен сүзгілердің екі жағынан да шыны блоктан (жалатылған) құрастырылғаны (жолақты паралелль пластиналар, фильтрден өтпейтін лектерді көрсету үшін пайдаланылады) көрініп тұр және жарықтық лекті коллимациялау мен фокустауға қажетті арнайы линзалармен жабдықталған. Берілген құрастырылымда бұл мақсатта оптоталшықтар деп аталатын GRIN линзалары пайдаланылады.
Айта кетерлік жайт, мұндай жолақтың орталық жиілігіндегі сөну өткізгішті айтарлықтай жоғары, бұл олардың 4-8 арналы WDM-де пайдалануын тиімді етеді.
Бұл технология мүлдем басқа физикалық қағидаларды қолданады: диспергацияланатын элементке келіп жеткізуші, кіре берістегі коллимирленген жиынтық, жеткізуші толқынның ұзындықтарына байланысты бірнеше жиынтықтарға бөлінеді. Бұл түрлі бұрыштар арқылы өтетін жиынтықтар жиналып, жеке оптикалық элементтер ретінде жиналады. Бұл элементтердің шыға берісінде (фокальды жазықтықта) кіре беріс жиынтықтың бейнесе қалыптасады, олардың өлшемі кіре беріс ОТ диаметріне сәйкес келетіндей реттеледі. Шыға беріс жиынтықтың нақты бейнесін бірнеше мәселелер бар.
2.4 - сурет. Интерференциялық сүзгілердегі WDM демультиплексоры
Диспергациялаушы элемент ретінде келесілер пайдаланылуы мүмкін:
- призмалар, кіре берістік, сонымен қатар бейнелеуші (Литтроу сызбасы-Littrow көбірек пайдаланылады, себебі линзалардың тек қана бір комлектін пайдаланып, құрылғының көлемін кішірейтуге мүмкіндік береді);
- дифракциялық торлар (тегіс, бейнелеуші типті), кіре беріс, сонымен бірге шыға берістегі жиынтықты қоса алғанда (Литтроу сызбасы).
Диффрациялық торлар WDM демультиплексорлары ретінде кең қолданысқа ие болды. Құрылғыларды құрылымы бойынша екі категорияға бөлуге болады:
- жеке фокустаушы элементтері бар, тегіс жолақты торлар;
- торлары бар, өздігінен фокустаушы жүйелер.
Бірінші типтің айтарлықтай сәтті құрылымы ретінде еңкейтілген жазық дифракциялық торы бар (кіре беріске қарама-қарсы тарапта)цилиндрлік GRIN линзасын айтуға болады. Екінші типтегі құрылымдардың арасынан сәтті шыққандарын атауға болады (барлығы да Литтроу сызбасын пайдаланады):
- коллибирлеу және өздігінен фокустау үшін еңкейтілген тегіс жолақты дифракциялық торы бар айнаны пайдаланатын сызба (төмендегі 3DO сызбасын қараңыз);
- өздігінен фокустау үшін екі рет еңкейтілген дифракциялық торды пайдаланатын сызба;
- өздігінен фокустау үшін еңкейтілген цилиндрлік торды және планарлық толқын жүргізушісін пайдаланатын сызба.
Қазіргі уақытта арналарды белгілеудің үш бәсекелес технологиялары қолданылады (демультипликациялау). Олардың екеуі интегралды негізде, жеткізушілерді белгілеуді немесе AWG (Arrayed WaveguiDe Grating) толқынды жеткізуші дифракциялық тордың көмегімен немесе еңкейтілген CG (Concave Grating) дифракциялық торының көмегімен. Үшіншісі - дискретті микрооптиканың негізінде, жеткізушілерді үш еселік оптикалық мультиплексирлеудің көмегімен белгілейтін - 3DO (3-D Optics WDM), ол еңкейтілген айнасы бар және жазық дифракциялық айнасы бар, өздігінен фокусталушы технологияның дамуы болып табылады. Төменде біз AWG және 3DO технологияларын нақтырақ қарастырамыз.
Кеңінен қолданылатын WDM мультиплексорының жұмысын түсіну үшін, мультиплексордың жұмысына қатысты, кейбір ескертулерді жасау қызықты, олар сүзгілеу үрдісін орындауда маңызды орын алады (шыға берістегі сигнал компоненттерінің фазада жиналуы):
- жарық жеткізушілердің кіре беріс тұстары (кіру тарамдаушыларының шыға беріс порттары) толқынжол торының шеңбері (Grating circle) толқын жеткізушілер торының айналасында, R радиуста орналасқан;
- басқа жарық жеткізушілердің кіре беріс тұстары R диаметрінің айналасында орналасқан (енгізілген толқынжол торының шеңбері мен оның центрінің және ортақ қисықтың түйісу нүктесінде). Бұл шеңбер Роуленд шеңбері деп аталады;
- кіре беріс ОТ-ы бөлу қадамы және жарық жеткізушілерінің массивтері түйісушілер бағытында тұрақты болады, ал олардың арасында Роуланд шеңбері орналасқан;
- жарық жеткізушілерінің массивтері алған толқынжол торының шеңбері доғасының ұзындығы r-ден әлдеқайда кіші болуы тиіс;
- жоғарыда айтылғандардың орындалуы кезінде кез-келген кіре беріс тарамдаушысының арасындағы және оның кез-келген екі соңынан ерушісінің шығу порттарының арасы тұрақты болады;
- жоғарыда айтылғандардың орындалуы кезінде FSR диапазоны шамаментұрақты болады және мультиплексатордың кіру-шығу жұптарына (i-j) тәуелді болмайды.
Мультиплексордың көлемін екі есе кішірейтіп және құраушыларын үнемдеу үшін Литтроу сызбасын қолдануға болады, оның сызбасын 2.3 суреттегідей кесе отырып мультиплексорды компонаттау үшін.
Шыға берістегі жарық жеткізушілер массивтерінің лектері айна түрінде көрінетін болады және ішкі шығыс порттарының жалғыз тарамдаушыларынан жіберілетін болады, мұнда кіре берістегі және бейнеленген толқындардың интерыеренциясы орын алатын болады. Кіру порты тарамдаушының орталық кіре беріс портында орналасуы тиіс.
Майысқан айна және жазық тордың өздігінен фокусталу технологиясы. Үш еселік оптикалық мультиплексерлеуде аталған бұл технологиясы өздігінен фокустаудың классикалық сызбасын пайдаланады, оның жызқ дифракциялық торы (1), майысқан айнасы (2) және массивті талшықтардан құралған жарық жеткізушілері (3) бар, (2.5 а сурет), шектелген қадамды физикалық торды лек (2.5, в сурет). Жұмыс істеу сызбасы қарапайым (демультиплексор режимінде): кіре беріс талшықтағы мультиплексорлы лек (А), айнадан β конусының бұрышында бөлінеді және дифракциялық торға келіп түседі, түрлі бұрыштардағы толқынныі әр түрлі ұзындығын бейнелейді. Бұл дифракциялық сәулелер айнадан дифрагирленіп, белгілі бір нүктелерге фокусталады, мұнда сәйкес жеткізушілерді бөлетін талшықтардың қабылдаушы порттардың массивтері орналасқан.
Мысалы үшін осындай бір арнаны белгілеу көрсетілген, оның сәулелерінің конусы (дәл сондай β бұрышымен) В нүктесіне фокусталған (шығу талшығының портында).
Құрылымның барлық элементтері монолитті шыны блокта орналасқан. (4), бұл даярлаудың жоғары нақтылығын сақтауға және орындауға мүмкіндік береді (2.5, б сурет). Көрсетілген құрылым параболистік және сфералық айналармен қолданыла алады, үлкейті коэффиценті 1-ге тең. Ол афокальді (яғни, фокусы жоқ), сондықтан талшықтарға барлық кіретін және шығатын бұрыштар бірдей болады. Бір модульді талшықтар орамаларға арнайы физикалық торлармен жиналады. Мультиплексордың құрылымы тордың ішінде 131-ге дейін арналарды пайдалануға мүмкіндік береді, бұл 1 нм, немесе 262 арнаға дейін - 0,5 нм аралығындағы оптикалық қадамын орындауға мүмкіндік береді.
Көрсетілген барлық шешімдерде мультиплексирлеу жүйесі демультиплексирлеу үрдісіне кері болып саналады. Соңғы үш технологиялардың негізінде көрсетілген, WDM мультиплексорларының параметрлері 2.1 - кестеде көрсетілген.
а)
б)
в)
а) мультиплексирлеудің оптикалық сызбасы;
б) мультиплексордың құрылымы;
в) талшықтардың массивін ұйымдастырудың сызбасы
2.5-сурет. Үш еселік оптикалық мультиплексирлеу негізіндегі
WDM сызбасы
2.1-кесте. Оптикалық мультиплексирлеудің әр түрлі технологияларын салыстыру
Технология
Арналардың максималды саны
Арналардың жеткізілу,
нм
Енгізілген шығындар, дБ
Поляризациялауға сезімталдылығы %
Өтпелі сөнушілі, дБ
Темпера-туралық коэффицент 0,01 нм[о]С
AWG
32-64
0,1-15
6-8
2
-5--29
0,01
CG
78
1-4
10-16
2-50
-7--30
нд
3-DO
262
0,4-250
2-6
0
-30--55
нд
2.1 - кестеден көріп тұрғандай, 3-DO (3-D Optics) WDM технологиясы бес параметрлердің төртеуі бойынша артықшылыққа ие және WDM желілерінде HDWDM деңгейіне дейін, арналарды 0,4 нм дейін қолданылуы мүмкін.
Қазіргі уақытта алдынғы қатарлы компаниялардаға бір талшыққа шаққандағы жалпы есеп 1,28-1,60 Тбитс құрайды, бұл екінші топтың өндірушілеріне қарағанда жоғары. Alcatel, Cambrian-Nortel, Lucent Technologies және Pirelli-Cisco бұл көрсеткіштердің көшбасшысы болып екінші топ саналады.
Бұлармен салыстырғанда, әдетте, екінші топтың компаниялары оңай, әрі арзан шешімдерді ұсынады, олар бір секцияның ұзындығы бойынша пайдалануға есептелген және аралық түйіндемел бойынша жеке арналарды енгізушығару мүмкіндіктері жоқболып саналады (соңғылары жоқ болғандықтан). Алайда, оларда логикалық интерфейстердің саны көп және түрлі форматтағы сигналдармен жұмыс істеуге мүмкіндік береді, олар LAN жұмыс істейтін технологияларға тән: АTM, Ethernet, Fаst Ethernet, Gigabit Ethernet, FDDI және ДК байланыс интерфейстерін ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz