Оптическое волокно и его применение

Плотное спектральное уплотнение DWDM (Dense Wavelength-Division Multiplexing) — это современная технология передачи большого числа оптических каналов по одному волокну, которая лежит в основе нового поколения сетевых технологий. В настоящее время телекоммуникационная индустрия претерпевает беспрецедентные изменения, связанные с переходом от голосо-ориентированных систем к системам передачи данных, что является следствием бурного развития Internet-технологий и разнообразных сетевых приложений. С крупномасштабным развертыванием сетей передачи данных происходит модификация самой архитектуры сетей. Именно поэтому требуются фундаментальные изменения в принципах проектирования, контроля и управления сетями. В основе нового поколения сетевых технологий лежат многоволновые оптические сети, базирующиеся на плотном волновом мультиплексировании DWDM.

Построение сетей DWDM

Городские DWDM-сети, как правило, строят с использованием кольцевой архитектуры, что позволяет применять механизмы защиты на уровне DWDM при скорости восстановления не более 50 мс. Возможно построение сетевой инфраструктуры на оборудовании нескольких производителей с дополнительным уровнем распределения на базе оборудования Metro DWDM. Этот уровень вводится для организации обмена трафиком между сетями с оборудованием разных фирм.

Рисунок 7. Система уплотнения DWDM с усилением сигнала

В технологии DWDM минимальная дискретность сигнала — это оптический канал или длина волны. Использование целых длин волн с емкостью канала 2,5 или 10 Гбит/с для обмена трафиком между подсетями оправдано для построения больших транспортных сетей. Но транспондеры-мультиплексоры позволяют организовать обмен трафиком между подсетями на уровне сигналов STM-4/STM-1/GE. Уровень распределения можно строить и на базе SDH-технологии. Но DWDM имеет большое преимущество, связанное с прозрачностью каналов управления и служебных каналов (например, служебной связи). При упаковке SDH/ATM/IP-сигналов в оптический канал структура и содержимое пакетов не изменяются. Системы DWDM проводят только мониторинг отдельных байтов для контроля правильности прохождения сигналов. Поэтому соединение подсетей по инфраструктуре DWDM на отдельно взятой длине волны можно рассматривать как соединение парой оптических кабелей.

При использовании оборудования разных производителей, две подсети передачи данных одного производителя соединяют через DWDM-сеть другого производителя. Система управления, подсоединенная физически к одной подсети, может управлять и работой другой подсети. Если бы на уровне распределения использовалось SDH-оборудование, то это было бы невозможно. Таким образом, на базе DWDM сетей можно объединять сети разных производителей для передачи разнородного трафика.

Сравнение архитектур FTTx и PON сетей

FFTx (Fiber to the x)

FFTx это общее обозначение различных архитектур волоконно-оптических сетей, где "x" обозначает конечную точку, до которой проложено оптическое волокно. Основные типы FFTx включают:

• FTTH (Fiber to the Home): Оптическое волокно проложено непосредственно до дома или квартиры конечного пользователя.
• FTTB (Fiber to the Building/Basement): Оптическое волокно проложено до здания, а затем сигнал распределяется по медным кабелям до отдельных квартир или офисов.
• FTTC (Fiber to the Curb/Cabinet): Оптическое волокно проложено до района, квартала или группы домов, а затем сигнал передается по медным кабелям до конечных пользователей, находящихся не более чем в 300м от узла.
• FTTN (Fiber to the Node/Neighborhood): Оптическое волокно проложено до района, квартала или группы домов, а затем сигнал передается по медным кабелям до конечных пользователей, находящихся более чем в 300м от узла.

Архитектуры FFTC и FTTN на данный момент являются уже устаревшими, но все еще используются небольшими провайдерами в виду достаточной простоты строительства сети и часто большой удаленности конечных потребителей друг от друга. С этих архитектур начиналось развитие гибридных сетей HFC с использованием таких технологий как xDSL, EOC, ранних версий DOCSIS, а также в качестве сетей кабельного телевидения.

Основные характеристики FTTx:

• Высокая пропускная способность: Оптическое волокно обеспечивает высокую скорость передачи данных.
• Гибкость архитектуры: Различные типы FFTx позволяют адаптировать сеть под конкретные условия и требования.
• Затраты на установку: Стоимость прокладки оптического волокна может варьироваться в зависимости от типа FFTx и расстояния до конечного пользователя.
  
  

Преимущества FTTx для конечного абонента:

• Высокая скорость интернета: Оптическое волокно обеспечивает высокую пропускную способность, что позволяет абонентам пользоваться высокоскоростным интернетом, потоковым видео в высоком разрешении и другими требовательными к скорости услугами.
• Низкая задержка: Оптические сети имеют низкую задержку, что улучшает качество онлайн-игр, видеоконференций и других приложений, чувствительных к задержкам.
• Надежность: Оптическое волокно менее подвержено внешним помехам и деградации сигнала по сравнению с медными кабелями, что обеспечивает более стабильное соединение.

Недостатки FTTx для конечного абонента:

• Стоимость установки: Прокладка оптического волокна до дома или здания может быть дорогостоящей, особенно в районах с низкой плотностью населения.
• Сложность установки: Установка оптического волокна может требовать значительных усилий и времени, особенно если необходимо прокладывать новые кабели.
• Отсутствие кабельного ТВ: Кабельное телевидение подключается отдельно, либо используется IPTV со своими недостатками: достаточно большие задержки, при просмотре HD/UHD каналов пропускная способность может упасть на 20 и более Мбит/с в зависимости от битрейта просматриваемого канала.

PON (Passive Optical Network)

PON это тип волоконно-оптической сети, в которой используются пассивные компоненты (такие как оптические разветвители) для распределения оптического сигнала от центрального офиса до конечных пользователей. Основные типы PON включают:

• GPON (Gigabit Passive Optical Network): Обеспечивает скорости до 2,5 Гбит/с на одну длину волны.
• EPON (Ethernet Passive Optical Network): Основана на стандартах Ethernet и обеспечивает скорости до 1 Гбит/с.
• XG-PON (10 Gigabit Passive Optical Network): Обеспечивает скорости до 10 Гбит/с.

Технология пассивных оптических сетей, кроме того, позволяет передавать в одном волокне не только двусторонний сигнал передачи данных, но и однонаправленный сигнал кабельного телевидения благодаря спектральному уплотнению каналов WDM. Сигналы передачи данных при этом передаются на длинах волн 1310нм и 1490нм, а сигнал КТВ на длине волны 1550нм. Спектральное уплотнение производится с помощью пассивного WDM мультиплексора, либо непосредственно на EDFA усилителе со встроенным мультиплексором, где сигналы от оптического передатчика и OLT объединяются и передаются в одно волокно.