Lektsiya_TIM_08_Tsilkom_optichni_merezhi

3. АОN с коммутацией каналов

Широковещательные сети и сети с пассивной волновой маршрутизацией представляют собой пассивные оптические сети PON, которые используют только пассивные оптические компоненты: волокна, направленные ответвители, разветвители, волновые мультиплексоры, и фильтры.

Достоинство PON: низкая цена и низкие затраты на эксплуатацию.

Области использования: "волокно-в-дом" или "волокно-по-кругу". PON не исключают возможности использования усилителей EFDA, хотя последние и не являются чисто пассивными компонентами.

Широковещательная AON

Каждой удаленный узел ведет передачу на своей уникальной длине волны. Сигналы всех узлов собираются в оптическом звездообразном разветвителе, где они смешиваются и распределяются по выходным полюсам в волокна, идущие обратно к удаленным узлам, каждый узел получает полный мультиплексный сигнал, представленный всеми длинами

	волн.
	Узел		Узел
	1		2
		λ1,	..., λN
		λ1	λ2
	λ1,..., λN
		Пассивный
		звездообразный
		разветвитель

λN

...

Узел λ1,..., λN

N

Центральный элемент сети – звездообразный разветвитель, который не выполняет функцию демультиплексирования сигнала WDM по длинам волн: каждый удаленный узел сам выбирает канал с нужной длиной волны из принимаемого мультиплексного

потока.

В качестве приемника может использоваться либо перестраиваемый в соответствии с протоколом управления фильтр с одним фотоприемником, либо демультиплексор WDM с множеством фотоприемников,

подключенных к выходным полюсам.

3. АОN с коммутацией каналов

Достоинство широковещательной AON: очень высокая надежность за счет использования чисто пассивных элементов.

Широковещательную AON нельзя использовать в качестве магистралей для глобальных

сетей по двум причинам:

энергия передатчика каждого узла распределяется между всеми узлами, в результате большая часть энергии тратится вхолостую;

каждый узел требует индивидуальной длины волны, что ограничивает число узлов в сети максимальным числом каналов, которые можно мультиплексировать в одно волокно.

AON с пассивной волновой маршрутизацией

Сигнал определенной длины волны может перенаправляться, статически маршрутизироваться, в узел назначения через последовательность промежуточных узлов вместо того, чтобы широковещательно распределяться между всеми оконечными узлами

сети. Это экономит энергию оптического сигнала за счет устранения разветвителей и

допускает одновременное использование сигналов одной длины волны в разных неперекрывающихся частях сети.

Промежуточными узлами в сети являются статические маршрутизаторы, выполненные на основе WDM мультиплексоров

			Узел
				3
Узел	λ1				Узел
2			λ2
				λ1	4
Узел					λ3
					Узел
1		λ2
	λ3		Узел		5
				N	...

3. АОN с коммутацией каналов

AON с активной волновой маршрутизацией

Многоуровневая архитектура сети АОN с коммутацией каналов, в которой на уровне групп реализована широковещательная АОN, не выходящая за пределы группы, на более высоком уровне используется сеть с активной динамической волновой маршрутизацией.

У

У

У

У

У

У

λ3

У

У

У

λ2
		λ1
У	У	У

Активная динамическая маршрутизация использует оптические коммутаторы и предполагает дистанционное конфигурирование.

Волновая конверсия – механизм установления соединения между каналами с разными длинами волн; позволяет достигнуть максимума масштабируемости и наиболее

эффективного использования ограниченного числа волновых каналов.

Преимущество волновой конверсии демонстрирует упрощенный пример сети, в которой мультиплексные сигналы в каждом волокне представлены максимум двумя каналами. Все конечные узлы могут передавать или принимать сигналы на любой из двух длин волн, а маршрутизаторы, не меняя длины волны, могут перенаправлять канал в любом доступном

направлении с условием, что при этом не возникает блокировки в выходном сегменте.

3. АОN с коммутацией каналов

λ1

λ2

a)		S1		S2
A	B	C	D	E

	S3
F	G	H

λ1

λ2

b)		λ2				λ1
A	B	C	D	E	F	G	H

c)		λ2				λ1
A	B	C	D	E	F	G	H

		λ1
d)		λ2
A	B	C

λ1	λ2
	λ
	2

			λ1
D	E	F	G	H

а) Первый этап . Станция А начинает вести передачу для станции Е на длине волны λ1. Далее передачу начинает станция D для станции Н. Длина волны этой передачи может быть только λ2, так как

в сегменте S2 канал с длиной волны λ1 уже

представлен.

b) Второй этап. Стартуют передачи от В к С и от F к G. Длины волн этих передач определяются однозначно.

c) Третий этап . Прекращаются передачи от А к

Е и от D к Н, после чего станция А желает передавать для станции Н. Без волновой маршрутизации, т. е. используя только одну длину волны (λ1 или λ2), это сделать невозможно – возникает блокировка либо на участке S2 , либо на S1. За счет реконфигурирования можно перестроить длину волны передачи между F и G с λ1 на λ2, и начать передачу от А к Н на длине волны λ1. Однако перестройка одной длины волны на другую во время передачи может вести к потере информации.

г) Значительно более гибкое решение – использование волнового конвертера.

3. АОN с коммутацией каналов

AON с центральным узлом на основе волновых конвертеров.

Волновые

конверторы

Пассивный

λ0

λ1,λ2, λ3…

звездообразный

комбайнер-разветвитель

Управляющий

λ0

λ1,λ2, λ3…

компьютер

λ0

λ1,λ2, λ3…

λ0

λ1,λ2, λ3…

λ1

Узел А

λ2

Узел B

λ3

Узел C

Каждый узел передает и принимает световые сигналы на фиксированных для данного узла волнах. Выбор длины волны передачи удаленной станции – не принципиален. В частности, все станции для передачи могут использовать одну длину волны. Центральный узел коммутации принимает оптические сигналы от всех удаленных узлов и конвертирует их в сигналы других длин волн в соответствии с инструкциями от управляющего компьютера. Звездообразный комбайнер-разветвитель смешивает сигналы разных длин волн и распределяет по всем выходным полюсам.

3. АОN с коммутацией каналов

Логическому соединению между двумя удаленными узлами предшествует настройка соответствующих волновых конвертеров. Для установления соединения узла С с узлом А выполняется следующая последовательность действий:

узел С посылает запрос управляющему компьютеру на установление соединения с узлом А;

если узел назначения А свободен, то управляющий компьютер обменивается с ним сообщениями и в результате получает от него подтверждение о готовности установить соединение;

при согласии узла А, управляющий компьютер сообщает узлу С, что будет

установлено соединение с узлом А;

управляющий компьютер устанавливает соединение между узлами А и С.

Достоинства сетей с волновыми конверторами:

простой централизованный контроль при отсутствии проблем с разрешением коллизий;

возможность использования одной и той же длины волны для всех передатчиков, что означает потенциальную возможность более плотной упаковки волновых каналов;

при больших скоростях передачи (1 Гбит/с и более) стоимость сети значительно ниже по отношению к сети с электронным коммутатором в центральном узле.

Недостаток этой сети: относительно длительный процесс установления соединения.

4. АОN с коммутацией пакетов

Полностью оптическая сеть с коммутацией пакетов позволяет повысить эффективность использования полосы пропускания волоконно-оптических каналов связи.

Особенности AON с коммутацией пакетов:

коммутация пакетов – новое направление развития оптических сетей и требует

разработка новых механизмов маршрутизации и новых архитектур AON;

все схемы маршрутизации оптических потоков должны быть единообразны для всей сети, в то время как для сетей с коммутацией каналов ограничения касались только единого частотного плана;

из-за сложности создания оптических запоминающих устройств предпочтение отдается оптическим коммутаторам пакетов, использующим коммутацию без буферизации;

архитектура оптических пакетных сетей должны учитывать специфические особенности каждого оптического домена, чтобы использовать их для упрощения структуры сети.

Сеть с последовательной битовой коммутацией

Последовательная битовая коммутация BSPS – использует метод прямого управления

электронными схемами оптических коммутационных элементов. Заголовок пакета в канале с определенной длиной волны кодируется последовательностью из р битов: 1 - наличие светового сигнал, 0 - его отсутствие. Эти биты устанавливают коммутатор в надлежащее состояние, позволяя следующему за заголовком телу пакета свободно идти через

коммутатор к соответствующему выходному порту. Поскольку коммутатор прозрачен к телу

пакета, то сеть сохраняет характер полностью оптической сети. р бит в заголовке сети позволяют адресовать 2р узлов сети. Это значительно увеличивает количество соединений в сети, но приводит к ее усложнению: прежде, чем выполнить пакетную коммутацию каналов, необходимо предварительно демультиплексировать сложный сигнал, а на выходе

коммутаторов – повторно мультиплексировать выходные симплексные каналы.

4. АОN с коммутацией пакетов

Самомаршрутизирующаяся сеть с волновой адресацией SWANET является улучшением бинарной BSPS архитектуры и использует преимущества BSPS и WDM, что значительно увеличивает допустимое число адресов, кодируемых битами заголовков пакетов.

	λ1
Длины волн	λ2		Мощность
данных и	λ3
заголовков	λ4
	λ5
Длина волны
	λR
переустановки		Поле данных	Заголовок
		Сброс	λ1	λ2	λR
				Длина волны

Заголовок и поле данных одного пакета используют один и тот же набор из k длин волн. Заголовок кодируется последовательностью из р бит, охватывая сразу k волновых каналов. Единичное значение бита заголовка представляется наличием сигнала только на одной из длин волн, в то время как на остальных k-1 каналах сигнала в это время нет. Максимальное число адресуемых при такой кодировке заголовка составляет kp.

Для заданной маршрутизации всего мультиплексного канала, состоящего из k волн, коммутатор устанавливает биты заголовка в соответствующее состояние. Завершение передачи пакета отмечается передачей сигнала "Сброс" на специальной длине волны.

Так как сеть прозрачна относительно содержимого поля данных, то это поле может переносить данные одного интегрированного многоволнового соединения, так и множество не связанных между собой соединений по индивидуальным каналам. В первом случае необходима синхронизация между полями данных на разных длинах волн, во втором – такая синхронизация необязательна.

4. АОN с коммутацией пакетов

Параллельная битовая коммутация BРPS для передачи поля данных и заголовка пакета использует различные волновые каналы. Это позволяет заголовок и поле данных пакета передавать параллельно, что увеличивает пропускную способность каналов сети.

Параллельная битовая коммутация (BPPS) использует два различных механизма:

Мультиплексирование поднесущих (SCM)

Данные fd

Заголовок fh Поле пакета

Мощность

fd fh Частота

Данные и заголовок передаются параллельно во времени на двух различных частотах одного волнового канала. Это позволяет эффективно использовать имеющийся спектр за счет ограничения битовой скорости, которая должна быть меньше, чем частота поднесущей. Таким образом, техника SCM полезна когда весь спектр сигнала данных ограничен, т. е.

битовая скорость данных не очень высока.

Ограничения SCM применительно к полностью оптическим сетям:

невозможно избежать сложных электронных преобразований поднесущих заголовка и данных в коммутаторе, так как перед началом коммутации данные и заголовок должны быть демультиплексированы;

поскольку заголовок и данные мультиплексированы в канал одной и той же длины волны,

то передатчик, имеющий ограниченные ресурсы, должен обеспечить достаточную мощность для суммы сигналов, что уменьшает мощность сигналов по отдельности.

4. АОN с коммутацией пакетов

Многоволновая BPPS

Заголовок		λ1
		λ2

λ3

Данные

λ4 λ5

λ6

Поле пакета

Мощность

λ1	λ2	λ6
	Длина волны

Для передачи данных и заголовка назначаются различные наборы длин волн. В отличие от традиционного волнового мультиплексирования, где каждый пакет связан с определенной длиной волны, в этой технике пакет связывается с несколькими длинами волн.

Достоинства для использования в полностью оптических сетях:

простая оптическая фильтрация волновых каналов выполняется легче, чем радиочастотное выделение поднесущих;

кодирование заголовка можно выполнить таким образом, что заголовок будет

распознаваться коммутатором на скорости потока бит, а коммутация будет происходить

на скорости передачи пакетов данных;

отсутствуют проблемы потери мощности, что объясняется использованием отдельных источников для каждой длины волны.