Understanding Optical Communications Harry J. R. Dutton International Technical Support Organization http://www.redbooks.ibm.com SG24-5230-00 First Edition (September 1998)

Мрежи със светлинни вълни (Lightwave Networks) Начинът, по който пристъпваме към изграждането на мрежа със светлинни вълни, критично силно зависи от работата, която трябва да извършва мрежата и обкръжението, в което тя трябва да действа. Има много различни окръжения, в които мрежата със светлинни вълни изглежда обещаваща, но техническата конструкция за едно обкръжение може да е много различна от конструкцията за друго, различно обкръжение. Обкръженията могат, съвсем грубо, да бъдат класифицирани както следва: Локални комуникации (Local Communications)

Те представляват свързването на компютри и компютърни устройства, намиращи се в непосредствена близост едно с друго. Те включват и вътрешните връзки в самите компютри – например връзките между процесора и паметта. По вероятно, те свързват няколко процесора с няколко памети.

Локални мрежи и градски мрежи (Local Area Networks and Metropolitan Area Networks)

Ранните изследвания на мрежите със светлинни вълни са били насочени към локалните мрежи (LAN), но напоследък фокусът на изследванията се отмества към градските мрежи (MAN). В края на 80-те години на миналия век се е усетило, че са необходими локални мрежи с висок капацитет и че оптичните локални мрежи ще са привлекателни в тази си роля. Смята се, че изискването за гигабитовите скорости при работните станции ще са най-важната комуникация в рамките на една работна група. В края на 90-те години на миналия век в много страни снемането на регулацията на монополистите в комуникациите означаваше, че влакнести връзки могат да бъдат получавани при разумни цени. Така сега за корпоративните потребители има възможност да изграждат собствени корпоративни оптични мрежи, най-вече в градски условия. Мрежи с широк обхват (Wide Area Networks) Това обкръжение е напълно различно от обкръжението на локалната мрежа. Огромна работа се извършва по прилагането на влакнеста оптика в мрежите с широк обхват. Наистина, в повечето страни оптичните влакна понастоящем са основният път за комуникациите с широк обхват. Повечето от работата е насочена към ползването на влакната само за предаване на информация, т.е. към замяната на традиционните кабели, без промяна на основната конструкция на системите. С изобретяването на WDM-системите това, що се отнася до мрежите с широк обхват, бързо се променя. Подводни системи (Undersea Systems)

Вероятно най-напредничавите оптични комуникационни мрежи са тези, ползвани в подводните комуникации.

В наземните мрежи най-съществената част от цената е тази за създаването на защитните изкопи, в които да се зарови влакното. След като веднъж сте изкопали изкопа,

можете да положите в него много кабели, защото допълнителните кабели не струват много и е хубаво да имате допълнителен капацитет за в бъдеще.

В подводно обкръжение нещата са доста по-различни. На определени интервали има нужда от усилватели (или повторители) и те струват значителни суми, за да се инсталират, и значително повече – за да се поддържат. Така в подводните връзки съществува значителен финансов стимул да се намали броят на влакната в кабела. Когато полагате кабела, едно или две резервни влакна може би са полезни, но голям брой допълнителни влакна са безсмислени, освен ако не сложите и съответните (ненужни) усилватели. (Просто по-късно не можете да се върнете обратно и да добавяте оборудване).

През 1997 година за първи път влиза в употреба широкообхватна WDM-връзка в подводно обкръжение.

Локални разпределителни мрежи (Local Distribution Networks) Това обкръжение се нарича “влакно до в къщи” (“fibre to the home” environment).

Целта е да се заменят съществуващите системи за кабелна телевизия и за телефонни връзки с широкоивични системи, способни да пренасят споменатия трафик, но способни също и да пренасят нови услуги. Тези услуги могат да са интерактивни видео-забавления или просто възможността да си изберете филм – да гледате, при поискване и по всяко време, желания филм, без да е необходимо да наемате касета. Ключовият проблем тук е цената. Всяка система, която има за цел да замени съществуващите телефонни връзки по медни проводници до всеки дом, трябва да са ефективни от гледна точка на цената.

Оптични мрежови технологии (Optical Network Technologies) Развитието на оптичните системи може да се разглежда като съставено от много

етапи: Едноканални системи (Single Channel Systems) Тази е най-простата възможна система. Всяка физическа линия пренася един канал

и в края на всяка линия сигналите се обработват електронно. Системи с мултиплексиране и разделяне по дължини на вълните (Wavelength

Division Multiplexing (WDM) Systems) В простите WDM-системи се прави крачка напред, от един канал по една линия към

много канали по една линия, но все още на всеки край ползваме електроника, за да проведем сигналите по определен път и да построим мрежа. През 1996 година WDM-технологията излезе от лабораториите и до 1998г. са инсталирани и са в пълно натоварване няколко дълги подводни WDM-системи. Много компании изнесоха на пазара комерсиални продукти за WDM-мрежи. Дори и простите WDM-линии включват усилватели и, вероятно, устройства, които изглаждат кривата на усилване на усилвателите. Но от гледна точка на архитектурата такава мрежа все още се разглежда като “проста”.

Прости оптични мрежи (Simple Optical Networks) Проста оптична мрежа имаме там, където имаме някаква оптична обработка или превключване на сигнала. Последователност от WDM-връзки с мултиплексори с добавяне/изваждане (add/drop multiplexors), поставени във възлите на системата, също се квалифицира като проста. Друг пример може да са локалните и градските мрежи с излъчване и избиране (broadcast and select LAN or MAN). “Прост” тук означава ползването на много елементарни нива на логиката (като оптични мултиплексори с добавяне и изваждане), а не означава непременно те да са малки. Оптични мрежи с различни пътища за различните дължини на вълните (Wavelength Routed Optical Networks

Концепцията тук е, че имаме истинска мрежа, състояща се от оптични влакнести линии с възли за оптично насочване по конкретно трасе (optical “routing” nodes). Отделните сигнали се насочват през мрежата съобразно тяхната дължина на вълната. Отделните дължини на вълните не се променят в превключващите възли и пътищата през мрежата (, които могат да се променят,) са най-малкото частично постоянни. Мрежата е относително статична.

Мрежи с оптично превключване (Optically Switched Networks) Мрежите с оптично превключване са нещо като идеал. Топологията на мрежата е по

същество същата, както при мрежата с различни пътища за различните дължини на вълните. Но има две големи разлики:

1. Във възлите дължините на вълните се променят. 2. Относително бързо могат да се установяват и да се прекъсват нови

пътища Следователно мрежата става оптична верига с превключване. Оптично мултиплексиране с времеделение (Optical Time Division Multiplexing

(OTDM)) Една оптична мрежа, ползваща мултиплексиране с времеделение (ОTDM network)

предлага синхронна цифрова връзка от край до край, ползвайки принципа на мултиплексиране с времеделение (Time Division Multiplexing; TDM), например SONET (Synchronous Optical Network).

Оптично превключване на пакети (Optical Packet Switching) Тези системи (ако съществуваха) биха били наистина сплетени мрежи, в които

данните се пренасят на къси блокове (клетки, наричани пакети). Така работят повечето от съвременните електронни мрежи (ATM, TCP/IP). За да се постигне това, бихме имали нужда от оптично логическо обработване на сигнала, както и от оптично-активирани ключове и други елементи.

Споделяне на влакното (Sharing the Fibre) Има четири принципни начина, по които влакното може да бъде споделено между няколко потребителя. Те са същите начини, които се ползват и в света на електрониката. Мултиплексиране по блокове (Block Multiplexing)

Тази е техниката, ползвана в съществуващите електронни локални мрежи. Рамки от данни от много потребители се смесват по един и същи канал за данни. Това тук не е много добра идея, понеже не постига целта ни да с постигне повишаване на капацитета на порядъци. Средата се ползва като едноканална, което, разбира се, я ограничава до скоростите, достижими в света на електрониката.

Но с друга структура на мултиплексиране (например WDM) тази техника може да е много ефективна да под-мултиплексира отделните канали.

Многопосочен достъп с разделяне по код (Code Division Multiple Access (CDMA))

Тази техника позволява много потребители да споделят един и същи канал, предавайки различни типове кодиран сигнал на една и съща дължина на вълната. С оптични корелационни филтри при приемника се намалява необходимостта от извънредно бърза електроника и многопосочният достъп с разделяне по код може наистина да стане практически приложима техника. Допълнително, в контекста на напълно-оптичните

мрежи, изглежда, че многопосочният достъп с разделяне по код (CDMA) може да е полезен като техника за суб-мултиплексиране.

Мултиплексиране с времеделение (Time Division Multiplexing, ТDM) Техниката за мултиплексиране с времеделение (TDM techniques) не работи добре по

влакно. TDM ползва един канал, до който, макар и в различни моменти) имат достъп много устройства. Това означава, че всяко устройство трябва да е в състояние да излъчва и да приема с пълната скорост на самия канал. Това ни води обратно до същия проблем за скоростта на електрониката. Възможно е мултиплексирането с времеделение да се прави напълно оптично. Това е важно и изглежда много практично. С едноканална солитонна система, действаща на 100-200 Gbps, оптичното мултиплексиране с времеделение може да е единственият път за обработване на информацията. Техниката на мултиплексиране с времеделение може да се ползва по отделни канали в рамките на група,кято е мултиплексирана чрез WDM. В този случай мултиплексирането с времеделение става техника за суб-мултиплексиране за WDM-системи.

Мултиплексиране с разделяне по дължини на вълните (Wavelength Division Multiplexing (WDM)) Мултиплексирането по дължини на вълните е просто друг начин да се каже “Frequency Division Multiplexing”. Много независими «канали» се подават към средата за разпространение, изпращайки всеки сигнал на отделна дължина на вълната. Ако те са достатъчно разделени по дължини на вълните, те не интерферират една с друга (или няма толкова силна интерференция, че да ми пречи прекалено много). Устройство А може да изпраща към устройство B, ползвайки дължина на вълната λ1, а устройство С изпраща към устройство D, ползвайки дължина на вълната λ2. Красотата тук е в това, че всяка комуникация може да става с пълната скорост на електрониката и практически независимо от другата. Това означава, че битовата скорост на данните, с която се работи, е

(брой на каналите) x (скорост на всеки отделен канал). По този начин можем да получим много по-високи скорости на данните по влакното, отколкото електронните вериги биха позволили. Но трябва да подчертаем, че главното предимство на WDM е независимостта от техниката на модулацията и от скоростта между отделните канали. Различните канали могат да действат с различна скорост и с различна (дори аналогова) модулация. Мрежа, която позволява много различни видове потребители (ползващи различни техники на модулация и скорости на предаване) да ползват една, като цяло “виртуална верига”, може да намери практически приложения в градските мрежи на бъдещето. Не трябва да е изненадващо, че основната част от изследванията по светлинни мрежи е насочена към WDM-системите.

Режими на предаване на данните (Modes of Data Transfer) В този смисъл има два типа мрежи: 1. Мрежи с превключване на веригите, 2. Мрежи с превключване на пакети (или рамки). Мрежите с превключване на вериги дават връзка, която е “прозрачна” от единия до другия край, от единия до другия потребител. Характерно е, че каквото и да се изпраща от един краен потребител към друг краен потребител, това става в непрекъснат поток, през специално отредена връзка. В цифровия свят това означава, че тази връзка преминава през мрежата с точно една и съща скорост и се синхронизира сама със себе си и с часовника на системата. Добър пример за такава мрежа е телефонната мрежа.

В мрежата с превключване на пакети крайните потребители изпращат данни към мрежата на къси фрагменти, наричани блокове, рамки, клетки или пакети. Тези пакети от данни споделят помежду си междинните ресурси на мрежата на базата на приоритети или при необходимост. В мрежата с превключване на пакети има едно важно разграничаване: --- Мрежи, ориентирани към връзки, --- Мрежи без връзки В една мрежа, ориентирани към връзки, за всяка “връзка” между двойката потребители има маркиран път през мрежата. Този маркиран път трябва да се установи по някакъв начин, преди да започне предаването на данните. Но, веднъж установена, пакетите с данни следват фиксиран, предварително определен път между крайните потребители. Наличието на връзка не означава непременно, че ресурсите на мрежата по пътя са резервирани специално за тази връзка. Наистина, всички ресурси (възли, линии, буфери и т.н.) обикновено се споделят. Връзките или се установяват динамично, по искане на един или друг краен потребител (повикването се нарича “сигнализиране”), или по искане на процеса, който управлява мрежата. Мрежите, в които връзките се установяват само по искане на процеса, управляващ мрежата, се наричат мрежи с кръстосано превключване (“crossconnect” networks). В мрежите без връзки превключващият възел взима решението в каква посока да изпрати всеки отделен пакет. Решението се взима на базата на адреса, пристигащ в началото на данните. Това означава, че няма нужда предварително да се дефинира връзка. Това, обаче, означава също, че всеки възел трябва прави значителна обработка на сигналите, за да определи неговото по-нататъшно трасе. Също означава и, че мрежата не знае за връзките между крайните потребители, така че е много трудно да се контролира потока, задръстванията и т.н. ATM, X.25 и SNA са примери за мрежи, ориентирани към връзки. IP (Internet) и LAN-превключващите мрежи са примери за мрежи без връзки.

Топологии на мрежи за градски и широкообхватни мрежи Network Topologies for the MAN or WAN

Мрежи “изпрати и избери” (Broadcast and Select Networks)

Мрежа “изпрати и избери” – Принцип.

Мрежата “изпрати и избери” е може би най-простата форма на оптична мрежа. Предложена главно за приложения като локална мрежа, ранните прототипи бяха построени и бяха изпитани в началото на 90-те години на миналия век. Концепцията е много проста. На всеки краен потребител се определя уникална дължина на вълната, на която на него му е разрешено да предава. Влакно от устройството на всеки краен потребител се свързва към хъб (“hub”), в който се смесват сигналите от

всички крайни потребители. Друг набор от влакна излиза от хъб-а – по едно до всеки потребител. Тогава всеки краен потребител получава сигналите от всички други потребители. От отделния краен потребител зависи да селектира правилната дължина на вълната на потребителя, предаването на който иска да “слуша”. Това може да се направи със статично дефиниране и динамично (ако потребителите имат пренастройваеми приемници). Този принцип може да се ползва, за да се построи много ограничена и статична мрежа или (ползвайки пренастройваеми предаватели и приемници) доста сложна и динамична система. Закъсненията при разпространението пречат на мрежа с такава топология да е от особен интерес за широкообхватна система или дори за голяма градска система. Но тази мрежа е крайно практична в големи кампуси и за (географски) малки градски системи. Мрежи с добавяне и изваждане на мултиплексиран канал Add-Drop Multiplexed (ADM) Networks Може би най-простата форма на истинска оптична мрежа е мрежата с добавяне и изваждане на мултиплексиран канал. Концепцията й е показана на следващата фигура.

Мрежа с добавяне и изваждане на мултиплексиран канал – Принцип.

Оптична WDM-линия минава през много места. На всяко междинно място един или повече оптични канали се премахват (изваждат) от WDM-потока и завършват в локално устройства. На фигурата: --- Оптична WDM-линия преминава от точка А до точка Е. --- Тази линия се състои от две влакна (по едно за всяко направление). --- Може да имаме много независими канали, преминаващи от А до Е. --- Точките B и C имат двустранна връзка по WDM-линията, ползвайки дължина на вълната, която иначе не се ползва от каналите от А до Е. --- На тази илюстрация дължината на вълната, която се ползва за комуникация между В и С не се ползва в останалата част на линията. Разбира се би могла пак да бъде ползвана, например, за връзка между D и E (но такава връзка не е показана).

--- Има връзка между A и D, ползваща отделна дължина на вълната. --- Понеже това са WDM-връзки, всеки канал е напълно независим от другия канал

и може да ползва различни скорости, кодове и т.н. Концепцията тук е ясна. Кабелът е “затапен” (“tapped”) в междинни точки и

отделни канали се изваждат или се добавят. Забележете, че това е в зависимост от посоката, така че, например, дължината на вълната, ползвана от В към С, може пак да бъде ползвана от канал А към канал В, а друга – от С към D или Е. На определено място за “изваждане” една дължина на вълната маркира две възможни връзки (пълен дуплекс) – една навън и една навътре. Устройствата, ползвани за функцията добавяне/изваждане са селективни по дължини на вълните и няма проблем със загубите.

Следващата фигура показва по-сложна “пръстеновидна” мрежа с добавяне и изваждане на мултиплексиран канал.

Кръгова мрежа с добавяне и изваждане на мултиплексиран канал.

--- Всеки краен потребител може (по-скоро би могъл) да комуникира с всеки друг краен потребител по всяка от двете посоки по пръстена. --- В този случай можем да имаме връзки между A и F, B и C и D и E. --- Дължините на вълните могат да се ползват повторно или от същия потребител (ако има един канал наляво по пръстена и друг канал надясно по пръстена, до различни крайни точки) или от различни крайни потребители. --- Една интересна възможност може да е два потребителя да имат два (двупосочни) канала, които ги свързват. С други думи те биха имали по един канал във всяка от двете посоки по пръстените. Такава система би позволила пълно непрекъснато действие в случая на прекъсване на пръстена, но би ползвала една единствена дължина на вълната по целия пръстен. Това би попречило тази дължина на вълната да се ползва отново от друг потребител. Тъй като в настоящия момент на времето (1998г.) максималният брой WDM-канали по структурата е около 32, това би заело значителна част от ресурсите на системата. Главните технически проблеми са именно тези от WDM-системите от точка до точка, но има и още един. Всяко устройство с добавяне/изваждане отслабва потока на WDM-сигнала между 2 и 6 dB (в зависимост от типа на устройството). Допълнително, устройството за добавяне/изваждане въвежда и известно прехвърляне на паразитен сигнал. ДОБАВЯНИЯТ WDM-канал не се отслабва в сравнение с останалия поток в канала. В обкръжението на кампус или на градска мрежа това може и да не създава проблем, понеже системата може да се конструира така, че да намали това влияние. Но в голяма широкообхватна (WAN) мрежа с добавяне и изваждане на мултиплексиран канал сигналите трябва да бъдат изравнени и (евентуално) усилени във всяка точка на извличане на сигнала.

По структурата си, първите планирани мрежа с добавяне и изваждане на мултиплексиран канал бяха фиксирани. Има се предвид, че оптичните канали са планирани и инсталирани, ползвайки фиксирани дължини на вълните и непренастройваеми устройства. Сега е възможен режим на работа на превключване на веригите, при което крайните потребители динамично “искат” канали от системата. Когато на краен потребител се определи канал, крайният потребител трябва да се пренастрои на правилната дължина на вълната, а устройството за добавяне и изваждане на канала също трябва да пренастрои дължината на вълната си. За да се получи това, бихме имали нужда от контролна система, способна да комуникира с всички крайни потребители на мрежата и

способна да реконфигурира динамично мрежата. Логично, такива контролни системи са добре известни и утвърдени в света на електрониката. Но да се построят пренастройваеми оптични устройства с изискваната прецизност все още (до 1998г.) не е постигнато. Мрежи с възли (Nodal Networks) Следващата фигура показва топология, която може да се разглежда като традиционна “мрежа”. Всеки краен потребител е свързан към физическа линия, водеща до един или повече ‘възела”, определящи трасето през мрежата. Всеки възел, сам по себе си, е свързан с други възли в мрежата и (евентуално) с някои крайни потребители. Информацията протича от един краен потребител до друг през последователност от линии и възли.

Мрежа, ползваща оптични превключващи възли.

Има много различни типове мрежи, ползващи съществено различни принципи, които имат показаната базова структура. Общо, те могат да бъдат класифицирани в три типа: Мрежи с пътища с определени дължини на вълните (“Wavelength Routed” Networks) – Това вероятно е най-простата мрежа с възли. Базовият принцип е показан на следващата фигура. Всяка дължина на вълната е част от (еднопосочна) верига между устройтва на крайни потребители. На илюстрацията гласните линии от възел до възел (node-to-node trunks) са WDM-линии, но линиите до всеки краен потребител не са. Това е само за целите на илюстрирането. В мрежа от този вид линиите до крайните потребители биха били (най-малкото способни да са) WDM. Веригата, свързваща крайните потребители, се състои от пътека, в едно направление, за сигнал с една дължина на вълната, и от пътека за обратното направление, за друга дължина на вълната. По принцип двете направления на трафика не е непременно необходимо да следват един и същи път през мрежата, но на практика това почти винаги е така. (Ползването на същия път за двете направления значително опростява локализирането на дефекти в мрежата и нейното управление).

Мрежа, селективна по дължините на вълните – Принципна схема. Връзките през мрежата се формират чрез

прокарване на пътища за конкретните дължини на вълните.

Очевидно, по всяка конкретна линия дължината на вълната трябва да е уникална. На една дължина на вълната можем да имаме само един сигнал. Но дължините на вълните могат да бъдат ползвани повторно в различните части на мрежата. Това е важно свойство. Същата дължина на вълната може да се ползва за различни цели по различните свързващи влакна. Така ако дължината на вълната “3” се ползва за връзка между Работна станция 1 и Работна станция 3 (на фигурата), би било възможно същата дължина на вълната да се ползва за свързване на Работна станция 2 и Работна станция 4. Всичко това зависи от вътрешната конструкция на превключващите възли – различният дизайн може да наложи ограничения, но по принцип има много малко ограничения за повторното ползване на дадена дължина на вълната в различните части на мрежата. Това е предимство пред отражателните мрежи, базирани на схема “звезда”, в които всяка дължина на вълната трябва да е уникална.

Практическата конструкция на мрежа с прокарване на пътища за всяка дължина на вълната (“wavelength routed” network) трябва да позволява реконфигуриране на мрежата по команда от управляващата система на мрежата. Така каналите от един до друг краен потребител са фиксирани за определен интервал от време и могат да бъдат променени по команда от управлението на мрежата. Мрежи от този тип често се наричат “Crossconnect Networks”.

За да се построи такава мрежа имаме нужда от метод за определяне на дължината на вълната, която да се ползва от всеки краен потребител. Това означава или че:

1. Необходими са пренастройваеми излъчватели във възлите на крайните потребители.

или 2. Входният превключващ възел трябва по някакъв начин да промени дължината на

вълната входящите канали. В зависимост от това как са организирани превключващите възли, може да се

нуждаем също и от пренастройваеми приемници. Нуждата от пренастройваеми приемници зависи от това дали превключващият мрежов възел на изхода от мрежата отделя една дължина на вълната и я изпраща към крайния потребител или изпраща смесен WDM-сигнал към устройството на крайния потребител.

Мрежи с превключване на дължината на вълната (Wavelength Switched Networks) – Първото изискване тук е да имаме път за данните между оборудването на крайния потребител и превключвателя, към който то е свързано. В оптичната област това може би бил допълнителен оптичен канал в ивицата на 1310 nm.

Разбира се всеки оптичен ключ се контролира от електронна контролираща точка (компютър), който контролира вътрешната система за превключване. Тази контролна точка също комуникира с устройствата на крайния потребител и с други превключватели, за да осъществи и да разкъса връзките. Тя също наблюдава действието на ключа и се свързва със системата за менажиране на мрежата.

Принципите на превключването, които се ползват тук, изглеждат практически същите като тези, които добре знаем от електронните мрежови системи като АТМ. Но оптичният случай е значително по-сложен от електронния. Проблемът е в това, че е трудно (по пасивен път) да се промени дължината на вълната на един канал в мрежата. Предаващата и приемащата станция трябва да ползват една и съща дължина на вълната. Това не е проблем за самите работни станции, но е много значителен проблем за мрежата. Ако не можете да промените дължината на вълната на сигнала при преминаването на сигнала през превключващ възел, тогава, когато мрежата става по-голяма, ще имаме нарастващ брой на ситуациите, в които ще има много свободни канали между крайните потребители, но няма да има начин да се отреди уникална дължина на вълната за тази връзка!

В традиционните мрежи (като АТМ) под-канал (в АТМ това е VPI/VCI) се променя при преминаването през всеки превключващ възел. Без тази функция проблемът за определянето на конкретни дължини на вълните в една сложна мрежа става много труден. В една оптична мрежа от какъвто и да е размер, с пълно превключване във възлите, е необходимо да има начин във всеки превключващ възел да се променя дължината на вълната.

WDM за локални (и за малки градски) мрежи WDM for LANs (and Small MANs)

Топология на мрежата Целта на разработването на топологията на мрежата е да се създаде път от предавателя на всяка станция до приемника на всяка друга станция (връзка от всеки до всеки; any-to-any connectivity). Това може и да изглежда просто, но уникалните характеристики на влакната и ползването на WDM-техниката поставят много ограничения върху вида на топологията на мрежата, която е възможно да се изгради. Кръгова топология (Ring Topologies) Кръговите топологии получават нарастваща популярност като топологии за градски и дори за широкообхватни приложения. Кръговете са привлекателни, понеже те могат да се конструират така, че да са “самолекуващи се”. Има се предвид, че прекъсването на пръстена може автоматично да бъде заобиколено чрез маршрут в обратна посока по пръстена. Пръстени, основани на хъб-ове (Hub-Based Rings)

Окабеляване на концентратора на пръстен. (Ring Wiring Concentrator).

Пръстените са все още привлекателни по много причини и често се ползват хъб-ове като показания на горната фигура. Те създават логически пръстени (сигналът се предава по пръстен), но окабеляването е в архитектура “звезда”. Предимствата на тази идея са следните; --- Прекъсването на пръстена може много бързо да бъде заобиколено с превключватели на хъб-а. В електронните пръстени това става автоматично. --- Пръстенът може да се преконфигурира много лесно с добавяне на нови потребители и с отстраняване на стари потребители – отново в превключватели. --- Хъб-ът (по принцип – пасивен) може да се ползва за наблюдаване и контрол на сигурността на достъпа.

--- В оптичният пръстен можем да предвидим усилване на сигнала и/или промяна на формата му в хъб-а. Сгънати шини (Folded Buses)

Конфигурация със сгънати шини. Станциите (1 до 7) предават на различни дължини на вълните, всяка по горната секция на шината, където сигналите се смесват. Тапи на секцията за връщането доставят смесения

сигнал (с променяща се сила) до всеки възел. Те ще работят, но и най-малките мрежи ще изискват усилватели, за да повдигат нивото на сигнала на равни интервали по шината. Проблемът е в това, че когато на влакното се постави тапа при всяка секция, определена пропорция от мощността на сигнала се отнема и се подава към станцията. Това може да е от 50% до, може би, 5%. В екстремния случай, в който могат да се ползват съединители от 3 dB, сигналът се разделя наполовина във всяка станция – половината се предава по шината и половината отива към присъединената станция. На горната фигура станция 7 ще получи половината от сигнала, а след това станция 6 ще получи половината от това (1/4 от оригиналния сигнал). Станция 5 получава половината от това (1/8 от оригиналния сигнал), докато станция 1 ще получи 1/128-а част от оригиналния сигнал. Ако имаме n-станции по шината, сигналът ще деградира до 1/2n-та част от оригиналната мощност. Ако имаме разделители, които отделят по-малка част (например 5%) от сигнала към присъединената станция, проблемите по

същество са същите, но малко по-облекчени. Трябва да усилваме малко по-рядко, но все пак трябва да планираме внимателно как да разпределяме нужната мощност на сигнала. Друг проблем е комбинирането на сигнала на изхода на работните станции. Ако сигналът се подава към шината с прост Y-съединител или резонансен съединител, няма начин да се въведе сигнал със същата дължина на вълната, без значителни загуби за комбинирания сигнал. Поради това, че дължините на вълните са различни, можем да ги комбинираме с ниски загуби, но е необходимо да ползваме относително сложни устройства (виж мултиплексори с добавяне/изваждане). Пасивни (отражателни) звезди (Passive (Reflective) Stars)

Конфигурация на отразяваща вълна. На страната на предаването отделни влакна свързват всяка станция с входната страна на звездата. Сигналите се смесват и след това се разделят. Отделни влакна доставят

смесения сигнал (всички канали) до всяка станция. Тази конфигурация е показана на горната фигура. Тя се ползва в много експериментални системи, понеже може да поддържа много повече станции без усилване, отколкото мрежите с шина. Както е показано на фигурата, отделни влакна свързват всяка станция със звездата. Това устройство е наистина съединител, последван от сплитер. Всички постъпващи сигнали се комбинират по едно влакно и след това се разделят направо до 1/n-та част, която се предава до всяка станция. С други думи, изходният сигнал отслабва до 10log10N, където N e броят на станциите. Разбира се топология като тази може да се справи със значително повече станции, отколкото топологията с шина. Характерно за тази топология е, че “звездата” е пасивно устройство (без захранване) – характеристика, която се оказва много важна от гледна точка на надеждността. Независимо то това, всяка локална и градска топология ще изисква усилватели, ако се иска да се обслужват разумно голям брой устройства. Дървовидна структура (Tree Structures) Общо казано, голям брой съединители или “звезди” могат да бъдат включени заедно, така че всичко, изпратено от една станция, да бъде приемано от всички станции. Това може да е много ефективно в една разпределена топология, в която голям брой хъб-ове се свързват с малко станции и са включени заедно, за да оформят голяма локална структура. Както винаги, тук има проблеми:

--- При приемника относителната сила на сигнала на различните предаващи станции ще е много различна (с около 20 dB). Някои предложени протоколи за достъп почиват на това предавателните станции да са в състояние да получават техен собствен сигнал, за да установяват “сблъскванията”. Разбира се дървовидната топология позволява това. Но

“сблъскванията” могат да са много тежки за установяване, ако “сблъскващите се” станции са отдалечени по мрежата.

Дървовидна конфигурация. Станциите предават на различни дължини на вълните до малка локална

отразяваща “звезда” или съединител. Кръгове в структурата не са разрешени.

--- В структурата не може да има никакви кръгове. Ако съществуват алтернативни пътища, сигналът ще се разпространява по всички тях. Когато такъв сигнал се приеме, той ще се “сблъска” със себе си и в приемника ще се превърне в “отпадък”. Може да се види, че топологичната конструкция е доста сложно нещо и е критично

важна за успеха на всяка оптична мрежова схема.

Конструкция на системата за предаване

Transmission System Design Да се произведат пренастройваеми излъчватели и приемници е доста трудно. Важните параметри тук са: --- Скоростта, с която предавателят и приемникът са в състояние да се настроят на

желаната честота. --- Стабилността, с която се поддържа тази честота. --- Областта на пренастройване. --- Ширината на линията на предавателя и селективността на приемника. --- Разбира се всичко, споменато по-горе, взаимодейства и определя колко плътно

един до друг могат да се доближат каналите. Колкото по-близо са, толкова повече могат да са в определената ивица за пренастройване и толкова по-бързо ще е пренастройването.

Стабилизиране на дължините на вълните Най-големият проблем в конструирането на WDM-система е стабилизирането на дължините на вълните. На системно ниво тук има много неща, които можем да направим, за да помогнем да се стабилизират дължините на вълните. 1. В система, ползваща директна модулация на захранващия ток на лазера, схемата за кодиране на данните е важна. Лазерите имат проблем, който е много подобен на

“дрейфа на нулевата линия” в електронните системи. Ако изпратите много импулси един след друг, температурата на резонатора на лазера нараства и причинява дрейф на дължината на вълната. Това е малко по-различно от проблема с чирпа и релаксационните осцилации. Това, което трябва да направим, е да ползваме кодиране на данните, което да ни дава приблизително равен брой битове 1 и битове 0. Един единствен бит 1 няма голям ефект върху дължината на вълната, но една такава дълга серия има.

2. Да се създаде “гребен” от опорни честоти. --- Да се конструира специален лазер с резонатор на Фабри-Перо с голям брой

модове. --- Да се стабилизира един от тях с влакнеста Брягова решетка и верига за обратна

връзка. --- Този опорен “гребен” да се разпространи по мрежата, където може да се ползва

или за стабилизиране на други лазери, или (след усилване) да стане източник на дължина на вълна за мрежата.

3. Да се построи мрежа с всички пренастройваеми компоненти, поместени в централна станция (хъб), заедно с отражателната “звезда”. В тази конфигурация един единствен многомодов лазер може да се ползва да създаде гребен за всички променливи излъчватели, приемници и филтри в системата. Отделните работни станции могат да имат излъчватели и приемници за фиксирани дължини на вълните.

4. Опорна честота да се предава някъде малко по-отдалечена от гребена от канали. Всяка станция тогава би имала специален приемник за този канал и това би могло да се ползва за стабилизиране на всички останали устройства в системата.

Всички тези алтернативи са скъпи – някои повече от другите. Протоколи за достъп до споделената среда (Access Protocols for the Shared Medium) Ако много станции са свързани с обща комуникационна среда и две от тях искат да комуникират, всичко, което трябва да направим, е да изберем приемлива за двете страни дължина на вълната (канал) и комуникацията веднага става възможна (ако никоя друга станция не ползва избрания канал). Забележете: При всяка комуникация между станции (А и В) почти винаги има два канала, които участват във връзката – по един за всяка посока (от А към В и от В към А). Нашата цел при създаването на “светлинна мрежа” е да осигурим връзка “от всеки към всеки” за присъединените станции. Но след това идва въпросът как искаме тя да действа: 1. Искаме ли тя да действа като традиционна локална мрежа с единични блокове от данни, адресирани индивидуално, на база “блок по блок”?

2. Или сме доволни от подхода на “виртуалната верига”, при който на двойка станции, за определен интервал от време (секунди или милисекунди), се определя канал?

Повечето протоколи за достъпа до WDM-мрежите изискват или предаватели, или приемници (или и двете) да се настройват на определен канал, преди да се състои обмяната на данни. Това може да отнеме значителен интервал от време (значителен в сравнение с времето за преминаване на един блок данни). Подходът на виртуалната верига допуска относително дълги закъснения при установяването на веригата, но след първия блок данни предоставя незабавен достъп за следващите блокове от данни. Традиционната локална мрежа означава, че имате едно и също закъснение при всеки предаван блок данни. Разбира се, подходът на виртуалната верига е много неефективен, ако каналът е зает за дълъг период от време, при което предаването на данни

е само от време на време. В този случай би било по-добре да се ползва система без връзки и капацитетът на информационния канал да се сподели.

Когато станция А иска да изпрати данни до станция В, те трябва да намерят свободен канал и двете да се настроят на него, преди станция А да започне да изпраща. Централният проблем при протокола на достъпа е “Как да организираме нещата така, че станциите, които искат да комуникират, да ползват един и същи канал (една и съща дължина на вълната)?”. Този проблем не е елементарен!

Първо, станциите трябва да имат някаква възможност да променят дължината на вълната на действието си (да се превключат от канал към канал). Можем да имаме:

--- Всяка станция да е включена към фиксиран канал за предаване и всички станции да са в състояние да пренастройват приемниците си към всеки канал, по избор.

--- На всяка станция може да е определена фиксирана честота за приемане и тя трябва да има пренастройваем излъчвател.

--- И приемникът, и излъчвателят могат да са пренастройваеми. --- Станциите могат да имат няколко (да кажем два или три) приемника и/или

предавателя. Фиксирани приемници-пренастройваеми излъчватели – Очевиден метод за

действие би бил да имаме приемници, фиксирани на определен канал (една станция на канал) и всяка станция да има пренастройваем излъчвател. В режим на действие, всичко, което една станция трябва да направи, за да предава към друга станция, е да се настрои на нейния канал и да предава. Но тогава се появява възможността две или повече станции да се опитат да предават към една и съща станция, по едно и също време, а това води до сблъскване.

Фиксирани излъчватели – пренастройваеми приемници – В тази система всяка станция предава по нейния си собствен канал и приемниците трябва да се настроят на този канал, за да приемат данните. Този принцип често се нарича «излъчвай и селектирай» (“broadcast and select”). Тук има два проблема:

--- Как станцията да разбере на кой канал да настрои приемника си? Тя трябва да знае (някак си), че конкретна станция иска да й изпрати данни.

---Ако станция А иска да изпраща до станция В, винаги би имало свободен канал (понеже станция А има отреден на нея канал за предаване), но приемникът на станция В може да е зает, приемайки нещо от станция С някъде другаде по мрежата. Това понякога се нарича «сблъскване на приемниците» (“receiver collision”)

На практика, това е един многообещаващ принцип. Има няколко прогнозирани протокола за достъп, които си поставят за цел да разрешат горните проблеми. Тук има друга полза. Всички приемници (или голяма част от тях) могат да се настроят на един и същи канал. Това благоприятства способността за разпространение на сигнала. Но това може да не е практично, понеже трябва всички приемници да бъдат накарани да «прослушват», по едно и също време, един и същи канал. Някои може да са заети, приемайки нещо различно.

И излъчвателят, и приемникът са пренастройваеми – Разбира се, това е идеалната система, само ако я накарате да заработи. В системи, в които или приемникът, или предавателят са настроени на отреден за тях канал, вие сте ограничени до максимален брой на станциите, равен на броя на каналите в системата. Но в тази конфигурация и двете станции трябва да имат механизъм за решаване кой канал ще ползват. Друг характерен момент е, че ако имаме повече станции, отколкото канали, има възможност за «блокиране» (станция иска да предава, когато няма свободен канал) и тази възможност трябва да бъде предвидена. Всъщност проблемът не е толкова в самото «блокиране», колкото до

допълнителната сложност на необходимия протокол на системата, който да се справи със ситуацията.

Контролна станция Най-простият съществуващ начин е да имаме станция някъде по локалната мрежа, която да е отговорна за определянето на каналите на съответните станции, и то на базата на нуждите им. Типична система от този вид би имала два контролни канала (по един за всяка посока – към и от контролната станция). Когато станция иска да изпрати някакви данни, тя иска от контролната станция канал и контролната станция и определя един, свободен по нейна информация, канал. Контролната станция също знае дали приемникът, който се има предвид, понастоящем е зает с друга комуникация. Тогава контролната станция изпраща контролен пакет към станцията-заявител и към неговата крайна цел, с което установява канала. Когато комуникацията завърши, една от станциите трябва да уведоми контролната станция, че каналът е свободен. Този вид система е проста и лесна за реализиране, но има много проблеми: 1. Докато определянето на каналите е близко до оптималното, изисква се дълго време, за да завърши. – най-малкото няколкостотин микросекунди. При скорости от Gbps, рамка от 1000 бита се предава само за 1 μsec. Следователно този протокол би бил много неефективен в традиционните локални мрежи (в тези без връзки и в пакетните), но би бил доста добър в обкръжението на виртуална верига. 2. Контролната станция представлява една точка с висока вероятност за грешки и, следователно, би трябвало да се дублира и дори и тогава би намалявала надеждността на системата. 3. Цената на контролната станция добавя значителни “входни разходи” в системата. Потребители, които искат да започнат само с няколко станции, са принудени да купят контролна станция. 4. Ако контролната функция се децентрализира (например се прехвърли във всеки адаптор), се увеличава стойността на всеки адаптор.

Контролен канал Много прогнозирани системи координират предаванията си, ползвайки специално определен контролен канал, който се споделя между всички присъединени станции. Това може да се ползва за разпределяне на контролните функции между станциите. Главният проблем е, че всяка координация преди предаването изисква време. Това време, добавено към времето за предаване на всеки блок, може силно да понижи ефективността на системата.

Градски WDM-системи с добавяне/изваждане и с многовълнов източник (Metropolitan Area Add/Drop WDM with a Multiwavelength Source)

WDM-системи с добавяне/изваждане и с многовълнов източник.

Един предложен подход за намаляване на стойността на WDM-системите е да има само един източник на светлина, излъчващ няколко дължини на вълните. Този източник може да бъде стабилизиран и неговата цена не е толкова критична, защото се разпределя върху цялата мрежа. Концепцията е показана на горната фигура. --- Един стабилизиран лазерен източник генерира много дължини на вълните (линии). --- Лъчението от този източник се усилва и след това се разделя, така че да има по един изход за всеки краен потребител. --- Специално определена влакнеста връзка се ползва, за да се разпредели целия спектър от генерирани дължини на вълните до всеки краен потребител. --- Както е показано на следващата фигура, чрез пренастройваем филтър на Фабри-Перо, всяка работна станция на краен потребител селектира от “смесицата” “нейната” дължина на вълната.

WDM-станция с добавяне/изваждане и с многовълнов източник.

--- Станцията на крайния потребител трябва сама да модулира непрекъснатото лъчение на селектираната дължина на вълната.

--- След това селектираната дължина на вълната се добавя в пръстена, както е показано на фигурата.

--- Операцията “добавяне/изваждане” (add-drop operation) в станцията на крайния потребител става с помощта на циркулатори и влакнести Брягови решетки. Това действие вече бе обсъдено. Разбира се има и други начини да се получи функцията “добавяне/изваждане”.

С практическите приложения на този тип мрежа има много проблеми: 1. Цената на допълнителното влакно, което да разпространява многовълновия

сигнал е доста висока и може да надхвърли цената на отделни стабилизирани лазери. 2. Допълнителното влакно, ползвано за разпространяване на сигнала може да бъде

счупено или срязано и, следователно, е заплаха за надеждността на системата. 3. Нивата на сигналите може да изискват усилване в определени точки и ако

случаят е такъв, цената на усилвателите наистина ще направи общите разходи неприемливи. Между различните изследователски групи има високо дружеско съревнование е областта на WDM-системите. На системно ниво, изследователските групи създават “демонстратори”. Тези системи са работни прототипи, но не пренасят реални данни и не са инсталирани в полеви условия. Те обикновено са от три до пет години напред от това, което всъщност се ползва в момента в полеви условия, но те илюстрират потенциала и показват къде са проблемите. Системата IBM 9729 е първият “стандартен продукт”, в който е реализиран принципът на WDM за комуникация на къси разстояния в градски условия. Тази разработка започва през 1994г. като експеримент в полеви условия. IBM 9729 е мултиплексор от “точка до точка” (point-to-point multiplexor), който дава възможност на потребителя да пренася до 10 потока данни, в режим на пълен дуплекс, по едно влакно (НЕ двойка влакна) на разстояние до 50 km. Влакното носи 20 канала (всеки до по 1 Gbps) – 10 в едното направление и 10 в другото направление. Експерименталната система IBM 9729 е била инсталирана на терена на потребител в САЩ през 1994г. Това е първото действие на уплътнена WDM оптична мултиплексирана система в света. Поради много (неочаквано) високото търсене на такива системи, от октомври 1996г. IBM 9729 става стандартен продукт.

Системна конфигурация на IBM 9729.

Първичното приложение на IBM 9729 е за свързване на два големи компютърни центъра в един и същи град. Това би могъл да бъде, например, голям компютърен комплекс и сайт за съхранение на информация. Такава връзка типично изисква няколко паралелни високоскоростни (широколентови) връзки. Допълнително, тези големи сайтове

(сгради или кампуси) често имат и много други изисквания за комуникации като локална мрежа и звукови канали. Характеристики Важните характеристики на IBM 9729 са следните:

Двадесет оптични канала – Ползвани са двадесет различни дължини на вълните, които формират 20 оптични канала, всеки от които може да работи на скорости до 1 Gbps.

Системна структура на IBM 9729. Много оптични дължини на вълните се пренасят по едно влакно «от точка до

точка» между две станции.

Оптично влакно с една “нишка” – Двупосочният трафик се поема по едно единствено влакно. Това е възможно, понеже на предвидените разстояния не е необходимо сигналът да се усилва. Разстояние – Номиналното разстояние между IBM 9729 е 50 km. Това е важна точка в конструкцията, понеже покрива повечето изисквания в градски условия и на такова разстояние не е необходимо усилване на сигнала. За по-големи разстояния предусилвател преди приемника би позволил разстояния от може би 150 km при запазване на възможността да се ползва едно влакно и при запазване на характерното предаване на слаби сигнали. Като важно в рамките на една компания се е разглеждало мощността да се поддържа достатъчно ниска, така че краищата на линията да се характеризират като клас на сигурност “Клас 1” (вътрешно безопасен). Препоръчвани стандартни влакна – Препоръчвано е “Стандартно” (неотместено дисперсионно) влакно. Dual Fibre Switching Feature – Между две IBM 9729, като допълнителна възможност, потребителят може да има две независими магистрали от влакно. В идеалния случай, тези магистрали минават по различни трасета. Ако активната магистрала прекъсне по някаква причина (например ако бъде срязан кабел), двете машини 9729 (на всеки край) автоматично превключват на резервното трасе. Определяне на дължините на вълните на каналите – Както е показано на фигурата, каналите отстоят един от друг на 1 nm. Но посоките на сигналите са алтернативни, така че сигналите, разпространяващи се в едно и също направление, са разделени на 2 nm. Избран е диапазонът от дължини на вълните между 1540 nm и 1560 nm и той е в оптималната област за усилване от ербиеви влакнести усилватели (Erbium Doped Fibre Amplifier; EDFA). За евентуалното развитие на системата това е било важно.

Разпределяне на дължините на вълните на IBM 9729.

Преглед на действието

Главни компоненти на IBM 9729 и поток на данните.

Главните компоненти на IBM 9729 са показани на горната фигура. Операциите са както следва: --- Оптичен сигнал от оборудването на крайния потребител се получава и се преобразува в електронен сигнал от адапторна карта, наричана IOC (I/O Card). Има много различни адапторни карти, които се прилагат за различни протоколи на крайни потребители. --- Сигналът се изпраща от адапторната карта IOC по двойка много къси коаксиални кабели до лазерната/приемателната карта (Laser/Receiver Card; LRC). Всяка такава карта в системата работи на различна дължина на вълната. Лазерът е подбран и настроен да работи на един и само на един специфичен канал. Приетият (правоъгълен) електронен сигнал е ползван да модулира пряко тока на захранването на лазера. Всеки лазер е настроен на различна дължина на вълната, така че системата ползва 20 различни дължини на вълните (по 10 във всяка посока). Това дава 10 канала с пълен дуплекс, всеки от които е почти независим и работи при скорост на данните до 1 Gbaud.

--- Чрез късо едномодово влакно изходът на предаващия лазер е свързан съ специфичен порт на решетъчен мултиплексор.

--- Решетката е “сърцето” на системата. Тя се ползва двупосочно, да смесва изходите на предаващите лазери преди предаване на сигнала по влакното и да разделя дължините на вълните и да ги пренасочва към различните приемници когато се приема сигнал.

--- Когато сигналът с приеме от партниращата система 9729, решетъчната структура приема смесения сигнал и насочва всеки канал, в зависимост от неговата дължина на вълната, към различно влакно.

--- След това сигналът се приема от лазерната/приемателната карта (Laser/Receiver Card; LRC) и се превръща в електронен вид. Този електронен сигнал се променя по форма

(прави се да е правоъгълна вълна), точно както това се прави в предавателния тракт. След това сигналът се предава от лазерната/приемателната карта към входно/изходната карта (I/O Card) и се ползва, за да контролира предавателя (полупроводников лазер или полупроводников светодиод) за комуникация с крайния потребител.

Конструкция на възела на решетката (9729) Възелът на решетката е “сърцето” на системата IBM 9729. Решетката извършва мултиплексирането на изходните сигнали и демултиплексирането на входните.

Функция на решетката.

Физически, конструкцията е отражателна решетка на Литроу, комбинирана с вдлъбнато огледало.

Схема на възела на решетката.

Това, което прави е да насочи 20 дължини на вълните или към, или от общото влакно, от или към 20 отделни влакна, както е показано на фигурата. Няма нищо, което да пречи решетката да се ползва да пропуска едновременно 20 или да приема едновременно 20 канала. Ако е с правилната дължина на вълната (различна за всяко влакно), сигнал, пристигащ по влакното, ще се смеси с общия вход/изход по влакното. Сигнал, пристигащ по общото влакно, в зависимост от дължината на вълната си, ще се насочи към един от 20-те канала. Смисълът да се ползва дифракционна решетка, за да се смесят изходните лазерни сигнали е. Че това е единственият начин да се смесят оптични сигнали при приемливо ниво на загубите. Ако се ползваше споен съединител от силициев двуокис или съединител от тип «звезда», бихте загубили толкова много светлина, че би бил нужен усилвател, за да повдигне нивото на сигнала, преди той да бъде изпратен. Номиналните въвеждани загуби от решетката (включително съединителите) е 6 dB във всяка посока. Много важна част от възела на решетката е температурния контрол на системата. Решетката (разбира се) се разширява и се свива с промените на външната температура и докато самата тя не отделя топлина, се влияе от топлината от обкръжението й. Централната дължина на всеки канал с променя с 0.01 nm на градус по Целзий промяна на температурата на решетката. В ранните версии на IBM 9729 решетката е ползвана при температура от 22° C, ползвайки относително прост механизъм за контрол на

температурата. В по-късни версии се работи при 29° C и се ползва много по-съвършен температурен контролер. Когато системата се ползва при 29° C, централните дължини на вълните се отместват (нарастват) с 0.07 nm. Двете комуникиращи части на IBM 9729s, намиращи се на двата края на линията, трябва да ползват една и съща температура на решетките, понеже ако температурите са различни, ще бъдат различни и дължините на вълните.

Лазерни/приемни карти (Laser/Receiver Cards; LRC)

Лазерните/приемните карти при предавателите и приемниците изпращат и приемат оптичните сигнали от/по общото влакно. Не съществува чувствителност към протокола. Въпреки че всички карти са “еднакви”, те се различават, понеже всяка дължина на вълната изисква различен лазер. Лазерът трябва да е произведен за конкретната дължина на вълната, на която ще се ползва. На изпращащата страна се ползва много прецизен лазер с разпределена обратна връзка. Тези лазери си имат техен собствен контрол на нивото на мощността и индивидуален температурен контрол. Възможно е ограничено пренастройване (в област от около 1 nm) и то се ползва за фина настройка на лазерите към точната дължина на вълната на канала. На приемащата страна лазерните/приемните карти ползват лавинни фотодиоди (Avalanche PhotoDiode; APD) от индиев фосфид. Приемниците са чувствителни към сигналите на всички дължини на вълните, ползвани в системата. Те не могат да разграничат сигналите по дължина на вълната. Следователно, от решетката зависи да раздели и селектира отделните сигнали и да ги насочи към правилния детектор.

Контрол на дисперсията В IBM 9729 не се ползва техника за компенсиране на дисперсията. Съществуват два принципни фактора. Ширина на линията на лазера – “Номиналната” ширина на линията на излъчване на лазерите, ползвани в 9729 е 0.3 nm на ниво 20 dB под пика на импулса. Тази ширина е малко стеснена от ползването на лазера точно над прага за генерация и, следователно, намалявайки ефекта на чирп-а. По-нататък, действието на решетката като филтър, селективен по дължини на вълните, отново дава тенденцията да се намали ширината на спектралната линия. При 1 Gbaud можем да си позволим максимална дисперсия от 200 ps (т.е. 20% от импулс с дължина 1 ns). Стандартното влакно има дисперсия от 17 ps/nm/km и, следователно, можем да имаме около 50 km, преди дисперсията да стане прекалено голям проблем. Дисперсията може да бъде значително намалена и разстоянието може значително да бъде увеличено, ползвайки лазери с по-тясна спектрална линия и с външни модулатори. Специални влакна с ниска дисперсия (около 4 ps/nm/km) биха позволили на сигнала да отиде на много по-голямо (до 4 пъти) разстояние, като се избягват интерференчните ефекти. Влакна с нулева дисперсия не се препоръчват поради опасността от интерференция между оптичните канали (вследствие на четиривълновото смесване). Промяна на формата и възстановяване на тайминга – 9729 променя формата на всеки приет сигнал в електронен «правоъгълен» импулс. Това се прави чрез променливотоков трансформатор след изхода на лавинния фотодиод и чрез филтриране на сигнала. Следователно тук, в «почистената» «правоъгълна» вълна има джитер и малко дисперсия. Следователно 9729 премахва много от ефекта на дисперсията и изкривяванията

на импулсите при разпространението им. Но без възстановяване на тайминга (re-clocking) от сигнала не може да се премахне целия джитер или цялата дисперсия.

Ограничения за дължината Максималната дължина на линията, която се поддържа, е 70 km за протоколи FDDI (и 100 Mbps ATM). Това зависи от скоростта на най-бързия канал, който се ползва). При скорост на канала от 200 Mbps (ESCON) максималното разстояние се изисква да се намали до 50 km. В действителност разстоянието се ограничава от четири неща: 1. Затихването във влакното – Доколкото разстоянието е главният фактор за намаляване на мощността, дължината на влакното е критично важна. Съвременните влакна имат номинално затихване от около 0.24 dB/km в ивицата на 1550 nm. Когато вече са инсталирани, добра стойност за оценка са 0.26 dB/km. Но е възможно и да се купят много специални влакна със затихване от само 0.18 dB/km.

2. Мощността на излъчвателя и чувствителността на приемника (бюджета на линията) – Бюджетът на линията е просто разликата между излъчената мощност и чувствителността на приемника, мощността, с която другите компоненти (като решетки и съединители) могат да работят и която се предвижда за запас за стареене на компонентите. Но трябва и да вземем предвид, че чувствителността на детекторите намалява с около 3 dB, когато удвоите скоростта на линията. Спецификациите на IBM 9729 са следните:

--- Мощност на излъчвателите: Изход на лазера във влакното: = -0.5 dBm --- Загуби в решетката (във всяка решетка): 6 dB (в най-лошия случай) --- Загуби в срезове и съединители: 3 dB (на всеки край) --- Допустима граница: 3 dB. --- Чувствителност на приемника:

– -39 dBm при 200 Mbps и при BER of 10-12. – -31 dBm при 1.06 Gbps и при BER of 10-12.