predav.14-valno mult. i opt

Univerzitet u Sarajevu

Elektrotehnički fakultet

Valno multipleksiranje i optičke mreže

Seminarski rad___________________________________________________________________________Optički TK sistemi

1

Sadržaj

1. Uvod ............................................................................................................................. 2

2. Tehnologija valnog multipleksiranja - WDM .................................................................. 5

2.1. Struktura WDM sistema ................................................................................................... 6

2.1.1 Optičko vlakno ......................................................................................................... 8

2.1.2 Optički predajnici i prijemnici ................................................................................... 8

2.1.3 Optički pojačavači .................................................................................................... 9

2.1.4 Optičko multipleksiranje i demultipleksiranje ......................................................... 10

2.1.5 Optički add/drop multiplekseri (OADM) i optički kroskonektori (OXC) ................... 10

2.2 Valni multipleks sa širokim razmakom - CWDM ............................................................. 12

2.2.1. CWDM standardi ......................................................................................................... 14

2.2.2. CWDM komponente .............................................................................................. 15

2.3 Gusti valni multipleks - DWDM ...................................................................................... 17

2.3.1. Tačka-tačka konfiguracija DWDM sistema ............................................................. 23

2.4. Poreñenje CWDM i DWDM sistema .............................................................................. 25

3. Optičke mreže............................................................................................................. 28

3.1 PTPF (Point To Point Fiber) optičke “broadband” tehnologije ........................................ 30

3.2 Aktivne optičke mreže (AON) – optička komutacija ........................................................ 31

3.3 Prsten konfiguracija DWDM mreže ................................................................................ 33

3.4 Optičke DWDM mreže sa rutiranjem valnih dužina ........................................................ 35

3.5 PON (Passive Optical Networking) optičke “broadband” tehnologije ............................. 37

3.5.1 CWDM PON ......................................................................................................... 38

3.6 Perspektive u razvoju DWDM tehnologija ...................................................................... 40

4. IMPLEMENTACIJA FTTH/B MREŽA U EU I SVIJETU...............................................................44 5. PODJELA I RAZVOJ OPTIČKIH PRISTUPNIH MREŽA.............................................................45 6. Zaključak ................................................................................................................... 446

7. Skraćenice ................................................................................................................ 488

8. Popis slika i tabela .................................................................................................... 522

9. Literatura ................................................................................................................... 533


2

1. Uvod

Posljednjih godina primjena optičkih telekomunikacija doživljava naglu ekspanziju. Za to

postoji nekoliko bitnih razloga. Prvi od njih je zahtjev za povećanjem širine propusnog opsega,

prouzrokovan naglim razvojem komunikacionih sistema i usluga. Drugi razlog je tehnološko-

ekonomski. Brzi razvoj optičke tehnologije omogućio je pad cijena komponenti i ureñaja

optoelektronskog telekomunikacionog sistema. Propusni opseg postao je dostupniji jer je njegova

cijena na tržištu pala. To otvara tržište usluga, ukida monopol i javlja se konkurencija izmeñu

pružaoca usluga. Treći razlog je da trenutno korišteni protokoli, kao što su SONET i SDH ne

mogu da zadovolje novopostavljene zahtjeve koji se postavljaju pred savremenim

telekomunikacionim mrežama. Komercijano realizovani u kasnim osamdesetim godinama, ovi

protokoli multipleksiranja fizičkog sloja omogućuju odreñeni standard prenosa pri pružanju usluga.

S druge strane, IP pomjera kontrolu kanala, detekciju i korekciju grešaka niže na optički sloj,

smanjujući time potrebu za dijelovima SONET/SDH-a. Četvrti razlog, je složen menadžment

klasičnih mreža. Mreže zasnovane na SONET-u ili SDH-u bile su veoma napredna tehnologija

onda kada su kreirane. Sa stanovišta zahtjeva koji se danas nameću savremenim mrežama, one

su teško prilagodljive, a time i skupe.

Slika 1.1 Historijski pregled

Dalji razvoj optičkih komponenti (poluprovodničkih lasera, širokopojasnih optičkih

pojačavača i fibera, fotodetektora, komutatorskih elemenata, multipleksera po valnim dužinama,

optičkih add-drop multipleksera, optičkih kros-konektora,…) omogućio je novu evoluciju u optičkim

telekomunikacijama. Novopostavljeni zahtjevi mogu se riješiti samo ako se koristan signal pored

dosadašnjeg prenosa optičkim putem i obrañuje na optičkom nivou. Realizovane su optičke

mreže sa daleko većim kapacitetima i brzinama, fleksibilnosti i skalabilnosti. Jasno je da se kod


3

ovih mreža sa tehnologijom valnog multipleksiranja umrežavanje može shvatiti kao optičko

rutiranje po valnim dužinama. Veoma brzi tokovi podataka, koji se sastoje od mnogo kanala

multipleksiranih u vremenu i pridruženih odreñenim optičkim valnim dužinama, trebaju da budu

rutirani kroz optičku mrežu, ali bez do sada neophodne optoelektronske konverzije,

demultipleksiranja i elektronskog rutiranja. Ove mreže zovu se sve optičke mreže (All Optical

Networks) [2,3,4,5].

Električno prespajanje Optičko prespajanje

Slika 1.2 Optoelektronska i optička konverzija

Njihova glavna karakteristika leži u mogućnostima obavljanja ovih operacija direktno u

optičkom domenu bez zahtjevanja skupe veoma brze elektronske opreme, i u njihovoj

transparentnosti. Transparentnost omogućava istovremeno rukovanje različitim tipovima tokova

podataka, tako da različite valne dužine mogu da nose SONET/SDH nizove podataka, ATM nizove

podataka ili druge moguće formate transporta.

Zbog sve većih zahtjeva za velikim propusnim opsegom brojne organizacije kao univerziteti i

velike korporacije imaju svoje sopstvene komutatorske jedinice i svoje LAN-ove, i direktno su

povezane sa metropoliten mrežom. Slična situacija je i sa internet servis pružaocima usluga, koji

umjesto da svoje signale komutiraju preko centralne jedinice oni generišu paketski komutirane

signale koje potom preko internet protokola šalju na metropoliten mrežu. Na taj način se rasterećuje

pristupna mreža za individualne korisnike, a daljom nadogradnjom povećava broj i kvalitet servisa

koji im se može ponuditi.

U namjeri da korisniku omoguće najsavremenije servise: e-biznis, obrazovanje na daljinu,

telemedicinu i multimediju (audio, video,..), novi nosioci ovih servisa obezbjeñuju sopstvenu

infrastrukturu do rezidencijalnih korisnika i to ne samo zamjenom tranzitnih dijelova pristupne mreže

optičkim fiberom, već dovoñenjem fibera direktno u stan korisnika FTTH (fiber to the home)[2].


4

U nastavku ćemo detaljnije opisati sve naprijed navedeno, gdje će se prvo opisati

tehnologija valnog multipleksiranja, vrste tehnologija valnog multipleksiranja kao i komponente u

lancu valnog multipleksiranja. Na kraju ćemo opisati optičke mreže sa tehnologijom valnog

multipleksiranja, kao i perspektive u razvoju tehnologija valnog multipleksiranja.


5

2. Tehnologija valnog multipleksiranja - WDM

Sistemi sa tehnologijom valnog multipleksiranja (WDM) danas omogućavaju istovremeni

prenos od 16 pa do 160 informacionih signala različitih protokola i bitskih protoka na različitim

valnim dužinama kroz optičko vlakno. Eksperimentiše se sa sistemima koji bi prenosili nekoliko

stotina, pa i do hiljadu valnih dužina istovremeno. U cilju ispunjenja zahtjeva za većim propusnim

opsegom, kao rješenje problema sve više se nametala tzv. WDM tehnologija. WDM je jedan u nizu

xDM (x = T, C, F ili W) tehnologija koja vrši multipleksiranje optičkih signala po parametru valne

dužine. Drugim riječima, više različitih optičkih (svjetlosnih) signala različitih valnih dužina

istovremeno se prenose kroz jedno optičko vlakno. S obzirom da različite valne dužine optičkih

signala u suštini znače različite učestanosti (frekvencije) optičkih signala, WDM tehnika

multipleksiranja nije ništa drugo do FDM (Frequency Division Multiplexing) multipleksiranje, koje je

poznato već dugi niz godina. Jedinu, ali veoma značajnu razliku donose specifičnosti, koje ovoj

tehnici daju optički (ne električni) signali i optička vlakna (ne koaksijalni kablovi).

Slika 2.1 Tehnologije multipleksiranja

Valne dužine sa više izvora se pomoću multipleksera prenose, emituju jednim optičkim

vlaknom. Na slici 2.3. multiplekser služi kao optička prizma o čemu će više biti govora u poglavlju

2.1.4. WDM sistemi se na predajnoj strani sastoje od: laserskih izvora, elektrooptičkih modulatora,

optičkih sklopova i pojačavača. Na prijemnoj strani su takoñer pojačavači, razdjelnici i prolazna

mreža (filteri boja), spremnici i elektrooptički pretvarači. Osnovna razlika izmeñu jednovalnog

prenosa i WDM-a ogleda se u Elektro/Optičkim (E/O) modulatorima, optičkim sklopovima,

razdijelnicima i filterima. Ovo su ustvari komponente koje omogućavaju multipleksiranje po valnim

dužinama.


6

WDM sisteme dijelimo po broju kanala koji se prenose i to na:

� Gusti valni multipleks (DWDM – Dense WDM) i

� Valni multipleks sa širokim razmakom (CWDM – Coarse WDM).

WDM sistemi mogu biti jednostavni sa dvije valne dužine, ali i jako složeni sa više desetina

valnih dužina. Na slici 2.2. dat je prikaz gustine multipleksiranja DWDM i CWDM sistema.

Slika 2.2 Primjer gustine valnog multipleksiranja

2.1. Struktura WDM sistema

Glavne funkcije WDM sistema su:

� Generisanje signala - izvor; predajni laser; predajnik mora da emituje svjetlost, unutar

uskog zadanog opsega, koja predstavlja nosioca informacija.

� Kombinovanje signala - WDM sistemi koriste multipleksere (MUX) da bi kombinovali

valove/signale. Ovdje se javlja gubitak signala, vezan za multipleksiranje, koji može biti

nadoknañen uz pomoć optičkih pojačavača.

� Emitovanje signala – efekat preslušavanja, degradacija i gubitak optičke snage se

moraju uzeti u obzir prilikom prenosa optičkim vlaknima.

� Primanje signala – prenešeni signal se prima (detektuje) preko fotodetektora,

prijemnika.

� Razdvajanje primljenih signala – na prijemnoj strani multipleksirani signali se moraju

razdvojiti pomoću demultipleksera (DEMUX).


7

Načelo rada WDM-a oslanja se na činjenicu da se istim optičkim vlaknom može

istovremeno prostirati nekoliko svjetlosnih zraka različitih boja (tj. valnih dužina). Pri tom svaka

valna dužina prenosi jedan slijed podataka. Raspoloživa širina frekvencijskog pojasa u WDM-u

iznosi nekoliko THz (teraherc-a). Na slici 2.3. prikazano je osnovno načelo rada WDM-a. Na ulaz

WDM predajnika dolaze električni signali iz N izvora. Električni signal moduliše u laserskoj diodi

optički nosilac (svjetlosni signal odreñene valne dužine) i tako nastaje modulisani optički signal koji

se šalje na ulaz WDM multipleksera. Takav se signal, smješten oko jedne valne dužine, naziva

ujedno i optički kanal. WDM MUX kombinira optičke kanale u jedan skupni optički signal koji se

prenosi do WDM demultipleksera pomoću optičkog vlakna velike širine prenosnog pojasa. U WDM

prijemniku WDM DEMUX razdvaja optičke kanale koristeći pasivne rasprežnike i pojasno-

propusne optičke filtere koji su podešeni na odreñene valne dužine. Na izlazu svakog filtera

pojavljuje se jedna valna dužina koja se prosljeñuje fotodetektoru. Izlaz iz fotodetektora jednak je

originalnom električnom signalu, naravno uz uslov da u prenosu nisu nastupile greške koje

prijemnik nije u mogućnosti ispraviti.

Slika 2.3 Valno multipleksiranje

Za WDM sisteme karakteristične su sljedeće veličine:

� umetnuti gubici (inserction loss), koji predstavljaju gubitak snage optičkog signala, zbog

umetanja WDM ureñaja,

� širina kanala (channel width), koja predstavlja spektralnu širinu pojedinog lasera i od

njegovih dimenzija direktno zavisi broj kanala, koje je moguće prenijeti,

� jedinica mjere je nm, a često i kHz, a dobre vrijednosti su oko 100 kHz,

� preslušavanje izmeñu kanala (cross talk), koje predstavlja miješanje pojedinih kanala u

multiplekseru. To je nelinearna pojava kao posljedica nelinearnog meñuvalnog

mješanja.


8

U nastavku rada svaka od komponenti koje su sastavni dio valnog multipleksiranja će biti

pojedinačno opisane:

2.1.1 Optičko vlakno

Transmisija svjetlosti kroz optičko vlakno nosi nekoliko izazova sa kojima se moderni

WDM sistemi moraju izboriti. To su: slabljenje, hromatska i polarizaciona disperzija i nelineranost

[1]. Za ove aplikacije koriste se isključivo monomodna vlakna u trećem (C, oko 1.55 µm) i

četvrtom prozoru (L, oko 1.6µm) gdje je najmanje slabljenje signala. Specijalnim konstrukcijama

vlakna moguće je pomjeriti tačku nulte disperzije na željenu valnu dužinu u ovom opsegu.

Problemi hromatske i polarizacione disperzije praktično su danas rješivi, bilo korištenjem

specijalne konstrukcije vlakna, bilo primjenom kompenzacionih metoda. Veliki broj korištenih

kanala uzrokuje povećanje intenziteta svetlosti u vlaknu, a time i pojavu nelinearnih efekata. Oni

su posljedica stimulisanog Briluenovog (SBS) ili Ramanovog (SRS) rasijanja, bilo fluktuacije

indeksa prelamanja: sopstvena modulacija SPM, ukrštena modulacija XPM ili miješanje četiri vala

FWM. Svi ovi efekti izazvaju degradaciju korisnog signala. Problem SBS se može ublažiti, dok

SRS nažalost nije još rješiv i može predstavljati fundamentalnu granicu kapaciteta budućih

optičkih sistema. Što se tiče pojave preslušavanja optičkih kanala, što je posljedica FWM-a, ovaj

efekat se može smanjiti tako što će postojati mala hromatska disperzija u cijelom opsegu. Zbog

toga su realizovani fiberi sa smanjenim nagibom disperzione krive u cijelom opsegu valnih dužina,

koji je od interesa. Da bi se generalno umanjili nelinearni efekti ide se ka konstrukciji optičkih

vlakana sa velikom efektivnom površinom (recimo okruženjem jezgra vlakna prstenom od

materijala sa velikim indeksom prelamanja), čime bi se smanjila ukupna snaga optičkog signala

kroz monomodna vlakna, ali tako da disperzija ostane i dalje kontrolisana.

2.1.2 Optički predajnici i prijemnici

Specifični zahtjevi koji se ovdje nameću optičkim predajnicima su: izuzetno uska širina

spektralne linije izvora, tačno definisana vrijednost valne dužine, dovoljno velika snaga zračenja,

mala struja praga (kontrola chirpa), velika brzina modulacije, mogućnost promjene valne dužine

zračenja,…Tehnologija integrisane optike pruža mogućnost realizacije hibridnih sistema u kojima

je integrisan poluprovodnički laser sa sistemom za spoljašnju modulaciju i elektronskim

integrisanim kolima, čiji je zadatak da omoguće realizaciju ovih navedenih zahtjeva. Očekuje se

da se primjenom novih tehnologija u izradi poluprovodničkih: vertical cavity surface emitting

(VCSEL) lasera, extended cavity (ECL) laser-a, kvantno kaskadnih lasera, ostvare željene

karakteristike optičkih predajnika [1,9]. Primjena mikroelektromehaničkih sistema (MEMS) u

realizaciji spoljašnje modulacije treba da obezbjedi željene velike brzine signala. Danas su

atraktivni modulatori bazirani na principu Mah-Cenderovog interferometa, realizovani u tehnologiji


9

integrisane optike od InP, integrisani sa laserskim čipom. Njima se postižu protoci veći od

100Gb/s.

Parametri koji su bitni u karakterizaciji optičkih prijemnika su: spektralni odziv, osetljivost,

propusni opseg, dinamički opseg i šum. U skladu sa zahtjevima koje postavljaju WDM sistemi

moguće je izvršti optimizaciju konstrukcije i uslova polarizacije fotodetektora: PIN, MSM, RCE-PIN,

RCE-MSM, uzimajući u obzir nelinearne i nestacionarne efekte kod ovih elemenata [1,6,7,8].

Za WDM je karakteristično da zahtjeva kvalitetne lasere, veoma uskog spektra zračenja, pa

su standardni laseri neupotrebljivi. WDM u kombinaciji sa EDFA (Erbium Dopped Fiber Amplifer)

predstavlja izbor bez konkurencije za velike udaljenosti i velike brzine prenosa.

2.1.3 Optički pojačavači

Optičko pojačanje signala razlikuje se od optoelektronskog utoliko što može da pojačava

samo snagu signala bez obnavljanja njegovog oblika. Ovaj tip pojačanja obezbjeñuje potpunu

transparentnost podataka, odnosno proces pojačanja je potpuno nezavisan od formata

modulacije signala. On predstavlja osnovni element u sistemima za optičku obradu signala [1].

U današnjim digitalnim optičkim mrežama (SONET i SDH), koje koriste optičko vlakno

samo kao sredinu za prenos, optički signali se prvo konvertuju u elektronski signal, regeneriše,

ponovo pretvara u optički i zatim se prenose dalje. Ovakva 3R (re-amplifay, reshaping, retiming)

regeneracija signala reprodukuje originalni oblik impulsa, eliminišući pritom suvišan šum. Meñutim

u WDM sistemima, koji koriste elektronsko pojačavanje, svaka valna dužina mora biti odvojena

prije nego što bude elektronski pojačana, a zatim se sve valne dužine ponovo moraju

multipleksirati prije slanja signala. Za razliku od njih optički pojavači pojačavaju optički signal bez

prethodne konverzije u elektronski domen. Na žalost njihova mana je da se optički šum pojačava

isto kao i korisni optički signal. Optički pojačavači koriste principe stimulisane emisije, slično kao i

laseri, te unose i šum spontane emisije. Postoje tri osnovna tipa optičkih pojačavača:

poluprovodnički optički pojačavači, pojačavači zasnovani na dopiranim vlaknima i Ramanovi

pojačavači.

Poluprovodnički optički pojačavač predstavlja strukturu sličnu poluprovodničkom laseru,

kod kojih se pobuda ostvaruje primjenom električnog napajanja. Današnji poluprovodnički

pojačavači mogu da dostignu pojačanja od 25dB i širinom opsega od 40nm. Poluprovodnički

pojačavači bazirani na višestrukim kvantnim jamama, koji su još uvijek u fazi ispitivanja, imaju

veću širinu opsega i veće zasićenje pojačanja, omogućuju kraće vrijeme uključivanja i

isključivanja, ali su više osjetljivi na polarizaciju. Prednost poluprovodničkih pojačavača je

mogućnost integracije sa drugim komponentama.

Optički pojačavači bazirani na dopiranim vlaknima, EDFA (Erbium-Doped Fibre Amplifier),

obezbjeñuju pojačanje za valne dužine izmeñu 1525nm i 1560nm. Pumpaju se laserima sa valnim

dužinama od 980nm ili od 1480nm. Tipično pojačanje je oko 25dB, mada je eksperimentalno


10

dobijeno i veće. Za oblast oko 1300nm, veliku pažnju privlače pojačavači bazirani na fluoridnim

vlaknima dopiranim prazeodimijumom, PDFFA (Praseodymium-Dopde Fluoride Fiber Amplifier). Ovi

pojačavači imaju malo preslušavanje i male karakteristike šuma, rade u opsegu od 1280nm do

1330nm sa pojačanjem od oko 40dB. Ograničenje ovih optičkih pojačavača je nejednak spektar

pojačanja, kao i činjenica da optički pojačavači pojačavaju i šum. Zbog toga, kada optički signal sa

višestrukim valnim dužinama prolazi kroz seriju pojačavača, njegova snaga nije ista na svim valnim

dužinama. Korekcija ove neravnomjernosti vrši se najčešće primjenom filtera.

Ramanovi pojačavači, koji rade po principu nelinearnog Ramanovog rasijanja praktično

nemaju ograničenje u kom opsegu valnih dužina se mogu primijeniti, jer to zavisi samo od valne

dužine pobudnog lasera. Ovdje se pojačanje ostvaruje rasijanjem u postojećem transmisionom

vlaknu.

2.1.4 Optičko multipleksiranje i demultipleksiranje

Multipleksiranje i demultipleksiranje svjetlosti, različitih valnih dužina, vrši se prije odnosno

poslije prolaska svjetlosti kroz optičko vlakno [2,3,4]. Prilikom demultipleksiranja svjetlost se iz

optičkog vlakna dovodi na sočivo koje ima zadatak da svjetlost usmjeri na optički element: prizmu,

rešetku, rešetku sa nizom valovoda (AWG) ili na višeslojne interferencione filtre. Na ovim

elementima dešavaju se procesi: refrakcije, difrakcije ili interferencije koji zavise od valne dužine

upadne svjetlosti. To znači da će svjetlost različitih valnih dužina, poslije prolaska kroz ove optičke

elemente, biti prostorno razdvojena.

Optičkim sabirnim sistemima (sočivima) svjetlost odreñene valne dužine se sada ubacuje u

odgovarajuće optičko vlakno. Naravno postupak multipleksiranja ostvaruje se obrnutim

redoslijedom. Kod ovih ureñaja se zahtjeva da se postigne maksimalno razdvajanje optičkih kanala,

i da preslušavanje bude minimalno. U praksi se najčešće koriste AWG i višeslojni interferencijski

filtri sa tankim dielektričnim filmovima. Filtri nude dobru selektivnost i dobru temperaturnu stabilnost,

ali su veliki problemi prilikom ubacivanja svjetlosti u fiber. AWG imaju male gubitke prilikom

ubacivanja svjetlosti i značajnu prednost kada se radi sa velikim brojem kanala. U fabrikaciji se

koristi dobro poznata tehnologija, ona ista koja se koristi kod izrade integrisanih elektronskih kola.

Njihove karakteristike su osjetljive na temperaturne promjene.

2.1.5 Optički add/drop multiplekseri (OADM) i optički kroskonektori (OXC)

Osnovni zahtjev za transportnu mrežu je njena dobra struktura. Ovo se postiže na

jednostavan način, sa trenutnom SDH mrežom. U WDM postoji slična mrežna arhitektura (ring,

mesh, itd.), podržana sličnim mrežnim elementima (optički multiplekseri za umetanje i izdvajanje -

OADM i optički kroskonektori - OCX).

Primjena WDM sistema za prenos predstavlja prvi korak ka sve optičkim mrežama,

odnosno realizaciji optičkog sloja [2,3,4]. Ovaj koncept optičkih mreža podrazumijeva mogućnost


11

da pružaoc servisa ima optički pristup saobraćaju u različitim čvorovima mreže. Optički add/drop

multiplekseri (OADM) pružaju ovu mogućnost.

Meñutim fleksibilno upravljanje propusnim opsegom moguće je realizovati jedino

primjenom kroskonektora u optičkom sloju – optičkih kroskonektora (OXC). Kombinacijom ovih

ureñaja, pružaocima servisa biće omogućeno da izgrade fleksibilnu i efikasnu mrežu visokog

kapaciteta u kojoj je moguće upravljanje propusnim opsegom. Ove tehnologije postaju realnost.

Potpuno optički komutatori su ureñaji kod kojih su I/O moduli, ali i samo komutaciono polje optički.

Oni su potpuno transparentni za različite brzine protoka i različite protokole. Na tom nivou

prepoznajemo samo valnu dužinu, te ne postoji mogućnost nadgledanja grešaka prenosa. Nema

kompletne regeneracije signala već se koriste samo optički pojačavači. Optički komutatori se u

zavisnosti od principa rada i primjenjene tehnologije mogu svrstati u: elektomehaničke (matrični

sistem ogledala - MEMS komutatori), termooptički (interferometrijski, bubble - sa mjehurima),

elektrooptički (dielektrični - LiNbO3, poluprovodnički SOA - InP). Njihova karakterizacija vrši se

putem sljedećih parametara: unešeni gubitak, preslušavanje, vrijeme komutacije, pouzdanost i

cijena. MEMS komutatori su malih dimenzija, sa malim gubicima i preslušavanjem, ali zato nisu

dovoljno brzi. Elektrooptički komutatori karakterišu se velikim brzinama, ali zato imaju veliki unešeni

gubitak i preslušavanje.

Optički add/drop multiplekseri (OADM)

Iz skupa optičkih kanala koji ulaze u čvor mreže OADM izdvaja se željeni kanal, a ostali

saobraćaj, koji se ne izdvaja, odvija se neometano. Željeni optički kanal koji se izdvaja može da radi

na različitim protocima. Postoji nekoliko generacija OADM u različitim fazama razvoja.

Prva generacija su ureñaji kod kojih se dodaje ili oduzima unaprijed odreñena valna dužina

svjetlosti. Kod posljednje generacije ova radna valna dužina se može dinamički birati. Kod njih se

može dodati ili izdvojiti jedan ili više kanala istovremeno. Za njihovu realizaciju koriste se podesivi

filteri (tankoslojni filteri, optoakustički filteri, matrične valovodne rešetke i Bragova rešetka na bazi

fibera) i laseri sa promjenljivom valnom dužinom [3,4].

Optički kroskonektori (OXC)

Nalaze se na spojevima sa velikom gustinom i sprovode optičku komutaciju tipa svako sa

svakim (imaju potpuno dostupno komutaciono polje), bilo da su u pitanju vlakna, opsezi valnih

dužina ili pojedine valne dužine. Oni imaju veliku matricu i imaju dosta funkcija, od jednostavne

restauracije mreža do dinamičkog upravljanja svjetlosnim putevima. Njihova uloga je analogna

ruterima ili ATM komutatorima. Potpuno optički OXC-ovi nemaju multipleksiranje i opsluživanje na

drugim nivoima izuzev na optičkom. Oni dozvoljavaju operatorima da ponude nove servise, koji se

često zovu ¨optički servisi¨. Razlikujemo lambda komutatore, koji omogućavaju postavljanje snopa

valnih dužina duž mreže i optičke paketske komutatore, koji prosljeñuju individualne optičke pakete

na isti način kao što ruteri danas prosljeñuju elektronske pakete [3,4].


12

Uvoñenje WDM-a nije pogodno samo zbog povećanja kapaciteta, već i zbog dodatnih

mogućnosti u pogledu direktnog spajanja odreñenih čvorova u mreži, potpuno na optičkom sloju,

bez dodatnih konverzija u meñu čvorovima.

2.2 Valni multipleks sa širokim razmakom - CWDM

Današnji CWDM tipično koristi 20-nm razmak (3000 GHz) i ima do 18 kanala. CWDM

preporuke ITU-T G.694.2 omogućavaju mrežu valnih dužina za ciljnu razdaljinu do otprilike 50 km

na jednom vlaknu koje se uklapa u ITU-T Preporuke G.652, G.653 i G.655. CWDM mreža je

sačinjena od 18 frekvencija koje su definisane u okviru opsega od 1270 do 1610 nm sa razmakom

od 20 nm.

CWDM znatno poboljšava prenosni kapacitet optičkog sistema i predstavlja ključni

mehanizam za ostvarenje prenosa brzinama većim od terabita u sekundi. Upotrebom

predstavljene CWDM tehnologije moguće je maksimalno 16 puta povećati prenosni kapacitet

optičkog vlakna, što zadovoljava većinu današnjih potreba, te istovremeno dostići optimalan odnos

učinak - cijena. Dakle, CWDM sistemi zajedno sa novim tipovima vlakana (npr. ZWPF), o kojima

će kasnije biti više riječi, će nastaviti da obezbjeñuju komunikacione kanale velikog kapaciteta i

postaju jedna od osnova sveoptičkih mreža.

Princip rada CWDM-a zasniva se na tome da se preko jednog optičkog vlakna istovremeno

može prenijeti više svjetlosnih signala. Svjetlosni signali (zrake) su različitih boja, a svaka boja

predstavlja različitu valnu dužinu koja prenosi jedan slijed podataka. Ovaj primjer možemo vidjeti

na slici 2.4.

Slika 2.4 Primjer višetalasnog (višebojnog) svjetlosnog mulitpleksiranja

CWDM tehnologija omogućuje jednostavnu i postupnu nadogradnju postojeće optičke

infrastrukture. Najjednostavniji primjer je optička veza dvije tačke, meñu kojima se po jednom paru


13

vlakana prenosi SDH (STM-16), prenosni kapacitet je dakle već zauzet, i tada npr. nastupi potreba

za prenos digitalnog video signala (npr. 170 Mb/s) po istom prenosnom putu.

Slika 2.5 Raširenost CWDM prenosnog sistema

Rješenje problema je jednostavno odnosno, postojeći prenosni sistem nadogradimo s

CWDM sistemom, koji uz par optičkih multipleksera sadrži još i dva para optičkih prenosnih

jedinica (dvije boje). Kad nastupi nova potreba za dodatnim prenosom, npr. pomoću ATM

tehnologije, jednostavno se na postojeći CWDM sistem doda treća boja (još jedan par prenosnih

jedinica treće boje). Za nove izvedbe (Giga Ethernet, ESCON, Fibre Channel) se postupno dodaju

nove boje, po potrebi, do popunjenja fizičkog kapaciteta optičkog multipleksera (onda se kaskadno

veže još jedan 'optomux'). Kako su prenosne jedinice 'transparentne' u pogledu protokola,

jednostavno se bilo koja boja može upotrijebiti za potrebnu količinu prenosa. Takoñer, slično vrijedi

i za bolju kompleksnu konfiguraciju mreža (npr. krug s odvojenim tačkama). U sastavu CWDM

sistema, u tačkama, koriste se još i 'add-drop' jedinice, koje u prenos uključuju, odnosno iz njega

izdvajaju pojedine talasne dužine (boje) kako je već objašnjeno u poglavlju 2.1.5.

Slika 2.6 Šematski prikaz upotrebe CWDM sistema u krugu s odvajanjem


14

2.2.1. CWDM standardi

Osnovu predajne strane CWDM sistema čine nehlañeni laseri koji prema ITU standardima

formiraju komunikacione kanale sa meñusobnim razmakom 20nm. CWDM sistemi specificirani ITU

preporukom mogu da obezbijede 18 valnih dužina, rasporeñenih u opsegu od 1270 nm do 1610

nm. Raspored valnih dužina koje se koriste za CWDM sisteme unutar O, E, S, C i L opsega

definiše ITU-T preporuka G.694.2.1 Ovo je šematski prikazano slikom 2.7.

Slika 2.7 Raspored valnih dužina definisan preporukom ITU – T G.694.2

Sa slike se vidi da u E opsegu postoji jako veliko slabljenje i tu se javljaju najveći gubici.

Ovaj prozor se nije koristio u optičkom vlaknu definisanom preporukom G.652. Veliko slabljenje u

E prozoru je rezultat efekta vodenog grebena (water peak), koji je posljedica prisustva molekula

vode u optičkom vlaknu. Slabljenje se kreće u granicama od 0,5 dB/km do 2 dB/km. Zbog toga se

na optičkim vlaknima G.652 nije koristio E opseg, pa su se nosači smještali u opsege O, S, C, i L.

Kako je O prozor već bio zauzet za korištenje u sveoptičkim mrežama, prvi CWDM laseri su

uglavnom projektovani za opseg od 1470 nm do 1610 nm što je definisano preporukom ITU-T

G.694.2. Opseg od 1470 nm do 1610 nm se koristio iz više razloga. Slabljenje u njemu je

minimalno tako da se može koristiti veći broj Add/Drop multipleksera. Laseri mogu da rade sa

većom snagom nego u O opsegu što omogućava klasu 1 zahtjeva sigurnosti dijagrama.

IEEE 10GbBaseLX-4 standard definiše prenos sa 10 Gb brzinama Ethernet mreža (unutar

zgrada, ulica i slično). Ovaj standard je veoma sličan ITU CWDM G.694.2 standardu s izuzetkom

1 ITU-T G.692 (datira od Okt’98) preporuka opisuje apsolutnu frekvenciju (193.1 THz) I frekventni razmak (50 GHz, 100 GHz, 200 GHz i 400 GHz) sa mogućnošću korištenja u drugim aplikacijama.


15

što je razmak izmeñu kanala 24,5 nm. Prenos se vrši sa sljedećim centralnim valnim dužinama:

1275,5 nm; 1300,2 nm; 1324,7 nm i 1349,2 nm.

Usaglašavanjem ITU i IEEE stanadarda rezultiralo je sa 17 kanala, umjesto prijašnjih 18

optičkih komunikacionih kanala. Usaglašavanje je izvršeno na način da se 5 kanala iz O opsega,

meñusobnog razmaka 20 nm (prema ranijoj preporuci ITU-T G.694.2), zamijeni sa 4 kanala

meñusobno razmaknuta 24,54 nm (kako je to specificirano standardom IEEE 10GbaseLX-4).

Dobijenih 17 valnih dužina koristi se na način da se 16 kanala koristi za prenos podataka, a

preostali kanal se koristi kao servisni optički supervizor kanal (OSC – Optical Supervisor Channel).

2.2.2. CWDM komponente

Metro CWDM optičke mreže su u stalnom razvoju. Osobine komponenti sistema zavise od

tipa korištenog optičkog vlakna. Sadašnje aplikacije su uglavnom bazirane na ITU-T G.653

standardu. Meñutim trend je da se sve više koriste optička vlakna sa nultim efektom vodenog

grebena (ZWPF – Zero Water Peak Fiber) tako da se tu može koristiti i E opseg.

CWDM laseri

CWDM sistemi koriste dvije vrste lasera DFB (DFB – Distributed Feed Back) i VCSEL

(VCSEL – Vertical Cavity Surface Emitting Lasers). Laseri sa direktnom modulacijom su trenutno

najviše korišteni u CWDM tehnologiji i to za prenos na brzinama od 2.5 Gb/s.

DFB laser karakteriše niska cijena, a njihova tehnologija, i dizajn proizvodnje, je isprobana i

pouzdana. Prednosti DFB tehnologije se ogledaju u visokom procentu monohromatičnosti

emitovane svjetlosti, velikom gušenju bočnih modova, i maloj disperziji. Kako je razmak izmeñu

kanala CWDM sistema dovoljan da obezbijedi dobru zaštitu, a broj kanala nije veliki kao kod

DWDM-a to je moguć dizajn ovih lasera bez sistema za odvoñenje toplote (hlañenja). Preporukom

G.694.2 je definisano da je zaštitni opseg filtera jednak trećini kanala. Ovo znači da je za 20 nm

zaštitnog opsega koristan opseg filtera jednak 13 nm, a CWDM valna dužina ne smije da varira

više od 6,5 nm od nominalne centralne frekvencije. Kako DFB laseri imaju temperaturni drift valne

dužine koji zadovoljava ove uslove ovdje nije potrebno ugrañavati termokontrolere (TEC). Ovim je

napravljena ušteda u smanjenju zapremine lasera i smanjenja cijene same komponente.

VCSEL laseri su na bazi poluprovodničkih dioda. VCSEL laseri sadrže Bragovu rešetku

pomoću koje se vrši stabilizacija emitovanja valne dužine i prigušenje bočnih modova. Ovakav

dizajn omogućava visoke spektralne performanse, a male cijene. VCSEL laseri se koriste na

valnim dužinama 850 nm i 1310 nm. Upotrebom MEMS tehnologije moguće je vršiti prenos na

valnim dužinama 1550 nm i 1610 nm, i to na dužinama do 80 km.

CWDM prijemnici

Prijemnici koji se koriste za višekanalni optički prenos treba da imaju dovoljno veliki opseg

kako bi mogli da prihvate sve specificirane bitske brzine i protokole. Kao detektori signala se


16

koriste PIN ili APD diode koje pokrivaju ITU CWDM opseg. Detektovani signal se vodi na filtere koji

vrše selekciju iz detektovanih kanala. PIN diode imaju prednost u nižoj cijeni dok je prednost APD

dioda u poboljšanoj osjetljivosti prijemnika (9 - 10 dB bolja osjetljivost od PIN diode). Širokopojasni

pojačavači su integrisani sa detektorima kako bi se povećala osjetljivost prijemnika. Regeneracija

se vrši ili kao 2R (re-amplifay, reshaping) tehnika koja je jednostavnija i jeftinija ili kao 3R, već

pomenuta, tehnika, koja je dosta skuplja i složenija, ali daje bolje rezultate.

CWDM filteri

CWDM filteri se proizvode tehnologijom tankog filma (TFF – Thint Film Filter). Kako se

može vidjeti sa slike 2.8. CWDM filteri se mogu realizovati kao diskretne jednokanalne filterske

komponente ili kao integrisana MUX/DEMUX komponenta sa tipičnih 4 ili 8 valnih portova.

Različite kombinacije ovih filtera mogu da formiraju OADM.

Slika 2.8 Diskretni i integrisani filteri

Na osnovu naprijed navedenog vrijedi da diskretni CWDM filteri moraju imati najmanje

13 nm širok, ujednačen propusni opseg sa malim varijacijama propusnosti i oštrom spektralnom

ivicom. Tipični unešeni gubici CWDM filtera su 1 dB za jednokanalne filtere odnosno 4 dB za

osmokanalne MUX/DEMUX filtere. Tipična izolacija izmeñu kanala je veća od 30 dB i služi kao

zaštita od preslušavanja.

Zahvaljujući tehnologiji tankog filma i korištenim materijalima CWDM filteri posjeduju

izvrsnu temperaturnu stabilnost. Tipični rezultujući temperaturni drift je 0,002 nm/oC. Ovo znači da

se u opsegu promjene temperature ±30 oC promjena valne dužine se kreće u granicama ± 0,07

nm.


17

Maksimalna varijacija koju garantuju proizvoñači CWDM filtera je tipično ±0,3 nm u odnosu

na centralnu valnu dužinu.

CWDM ripiteri i pojačavači

Proširenje CWDM mreža na veće udaljenosti sa više čvorova, što je prikazano na slici 2.9.,

zahtjeva ugradnju ili ripitera ili pojačavača. Ripiteri obezbjeñuju 3R dok pojačivači rade 2R

regeneraciju. Regeneracija jednokanalnog prenosa se vrši kako bi se nadoknadili gubici slabljenja

ili disperzije. Kod višekanalog regenerisanja javlja se problem različitog nivoa signala za različite

valne dužine, što vodi ka preslušavanju izmeñu susjednih kanala. Kako bi riješili ovaj problem

CWDM sistemi su opremljeni sa nizom optičkih atenuatora koji ravnaju nivoe signala ili sa različitim

OADM filterima za pojedine kanale ili sa uobičajenim mrežnim softverom. Kao alternativna

mogućnost se može uvesti pojačanje svih signala u tački gdje se javi prvo slabljenje.

Slika 2.9 Primjer CWDM mreže sa više čvorova

2.3 Gusti valni multipleks - DWDM

DWDM tehnologija je pristup kojim se može rješiti problem velikog neslaganja izmeñu

ograničenog protoka koji elektronska oprema može da ponudi i značajno većeg kapaciteta koji

teoretski, a sve više i praktično, nude optička vlakna. DWDM mreža dozvoljava krajnjim

korisnicima da rade na brzinama elektronske opreme, prikuplja veći broj takvih električnih signala i

na ulazu u DWDM sistem im dodjeljuje različite valne dužine u procesu elektro-optičke konverzije.

Dobijeni optički signali različitih valnih dužina kombinuju se i istovremeno prenose jednim optičkim

vlaknom. Pri tome je od suštinske važnosti da optičke signale na različitim valnim dužinama

emituju izvori svjetlosti (laseri) čije karakteristike su velika koherencija snopa (uzak spektar) i

stabilnost valne dužine zračenja. Dakle, DWDM dijeli raspoloživi spektar vlakna na nepreklapajuće

intervale oko valnih dužina na kojima se vrši prenos pojedinih signala.


18

Istraživanja i razvoj u oblasti DWDM tehnologije započela su sredinom osamdesetih

godina. Po ustanovljavanju postojanja optičkih prozora na 850, 1310 i 1550 nm u karakteristici

podužnog slabljenja vlakna javila se ideja istovremenog prenosa različitih optičkih signala u

svakom od prozora.

Prvi DWDM sistemi, naziva Wideband WDM (WWDM), bili su u stanju da kombinuju dvije

valne dužine: 850 i 1310 nm ili 1310 i 1550 nm. Primjer dvokanalnog WWDM sistema prikazan je

na slici 2.10.

Uobičajen razmak kod DWDM-a može biti 200, 100, 50 ili 25 GHz u kanalima i može dostići

do 128 kanala na udaljenosti od nekoliko hiljada kilometara sa pojačanjima i regeneracijom na toj

ruti.

Slika 2.10 Wideband WDM

Tokom ranih devedesetih razvijana je druga generacija WDM sistema pod nazivom Narrow

WDM, koji su kombinovali dvije od osam valnih dužina. Kod ovih sistema valne dužine postavljene

su u 1550 nm prozor sa rastojanjem od 400 GHz tj. 3,13 nm izmeñu susjednih valnih dužina.

Do sredine devedesetih pojavili su se prvi Dense WDM sistemi koji su vršili prenos 16 do

40 valnih dužina na uzastopnom rastojanju od 100 do 200 GHz u frekvencijskom spektru. Do

kraja devedesetih broj paralelno prenošenih kanala dostigao je 64 do 160, još gušće

pakovanih na 50 ili 25 GHz meñusobnog razmaka u spektru. Prikaz evolucije WDM sistema

ilustrovan je na slici 2.11.


19

Slika 2.11 Evolucija DWDM sistema

Pojavom DWDM sistema velikog broja valnih dužina nametnulo se pitanje definisanja

vrijednosti valnih dužina koje će biti u upotrebi u DWDM sistemima. ITU-T standard definiše skup

valnih dužina za upotrebu u DWDM sistemima meñusobnog razmaka 100 GHz (~0,78 nm) izmeñu

susjednih valnih dužina.

Valne dužine definisane su standardom, meñutim proizvoñačima je dozvoljeno da valne

dužine smještaju na manjim meñusobnim razmacima, npr. 50 ili 25 GHz kako bi povećali broj

kanala DWDM sistema. Naravno što je manje rastojanje susjednih valnih dužina u spektru, uticaj

nelinearnih efekata je izraženiji, a potrebni su i kvalitetniji laseri. Već na razmaku od 50 GHz

maksimalan protok po valnoj dužini današnje opreme iznosi oko 10 Gbit/s.

Sa tehničke i ekonomske perspektive očiglednu prednost predstavlja sposobnost DWDM

tehnologije da obezbjedi gotovo neograničen prenosni kapacitet optičke mreže. Ulaganja u

polaganje novih vlakana mogu biti zaustavljena (ako su položena DWDM optička vlakna), a svako

vlakno može biti prošireno sa faktorom od bar 32 do 160 puta ili više kako se tehnologija bude

razvijala. Kako potražnja za propusnim opsegom bude rasla moguće je dodavati nove kapacitete

aktiviranjem neupotrebljenih valnih dužina, nadogradnjom opreme na sisteme sa većim brojem

valnih dužina ili aktiviranjem još nekorištenih postojećih vlakana.


20

Slika 2.12a Princip DWDM multipleksiranja

Slika 2.12b Princip DWDM multipleksiranja

Upotrebom DWDM tehnologije danas su komercijalno dostupni sistemi koji su u stanju da

prenesu 32, 64 i do 160 valnih dužina po jednom optičkom vlaknu. Svaki optički signal dobijen

je elektro-optičkom konverzijom električnog signala, za koji važi pomenuti limit u maksimalnom

protoku. Stoga, ako situaciju sagledamo iz današnjeg stanja, moguće je npr. formirati 128 kanalni

DWDM link protoka svakog kanala od 10 Gbit/s, što ukupno daje 1,28 Tbit/s digitalnog protoka

kroz jedno vlakno, što predstavlja značajan, ako ne revolucionaran porast iskorištenja kapaciteta

optičkog vlakna.

Pored značajnog proširenja propusnog opsega najznačajnije prednosti DWDM tehnologije

su:

Transparentnost - DWDM predstavlja arhitekturu fizičkog nivoa te je svejedno u kakvom

formatu će podaci biti prenošeni na pojedinim valnim dužinama. To mogu biti TDM digitalni podaci

upakovani u SDH ramove, formati za prenos podataka kao npr. ATM ćelije, Frame Relay, Ethernet


21

ramovi, ESCON, Fiber Channel, itd. što je izuzetno značajno za upotrebu u Metro mrežama gdje je

raznolikost protokola velika.

Proširivost - DWDM u početnoj fazi može da iskoristi postojeće rezerve neupotrebljenog

vlakna, naročito u Metro mrežama, gdje je njihovo polaganje otežano. Takoñer, može da iskoristi

postojeće prenosne kapacitete korporacijskih mreža. Proširenje DWDM-a vrlo je jednostavno, a

tehnološke granice proširenja, sa aspekta broja mogućih valnih dužina koje DWDM sistem

podržava, još nisu ni blizu dostignute.

Dinamička dodjela servisa - predstavlja obećanje gotovo svake tehnologije pa i DWDM-a.

Izgradnja svake mreže budućnosti podrazumjeva da će zahtjev korisnika za servisom (dodatnim

propusnim opsegom) biti ispunjen u periodu vremena koje je reda veličine manje od jednog sata,

do najviše jednog dana. DWDM mreže podrazumjevaju kapacitete koji će operaterima omogućiti

da uvijek računaju na dodatne valne dužine koje je korisniku moguće dodijeliti na zahtjev u vrlo

kratkom vremenu. Ova sposobnost će značajno zavisiti od budućeg upravljačkg sistema DWDM

mreže.

Uvoñenje DWDM tehnologije u današnje telekomunikacione mreže ne podrazumjeva

eliminaciju SDH opreme. Korištenjem DWDM tehnologije za prenos TDM multipleksiranih SDH

signala mogu se očuvati dosadašnja ulaganja u SDH opremu. Nove implementacije mogu da

zaobiñu upotrebu SDH opreme. Dakle, ideja je omogućiti da oprema paketski orijentisanih

tehnologija poput ATM komutatora (switch-eva) ili IP/MPLS rutera (L3 switch-eva) posjeduje

standardizovane optičke interfejse ka DWDM mreži, kao što su do sada imali ka SDH

multiplekserima. Dodatna prednost je fleksibilnost u proizvoljnom podizanju protoka DWDM

interfejsa, za razliku od SDH opreme čiji interfejsi su ograničeni na fiksne skokove u bitskom

protoku (2,5 Gbit/s → 10 Gbit/s → 40 Gbit/s →…..).


22

Slika 2.13 DWDM klijent

Na backbone linkovima današnjih SDH mreža, usljed slabljenja optičkog signala

prostiranjem kroz kilometre vlakna, postavljani su ureñaji koji se nazivaju regeneratori. U njima se

vrši OEO konverzija tj. iz optičkog signal se pretvara u električni oblik, pa se po obavljenom

regenerisanju amplitude signala, vremenske reference i valnog oblika, signal ponovo konvertuje u

optički. Regeneracija je potrebna, zavisno od opreme i upotrebljenog vlakna, svakih 35 do 80 km.

Kada se dodatno vlakno uvodi u upotrebu potreban je novi set regeneratora koji će omogućiti

prenos po novouvedenom vlaknu. Za svako novouvedeno vlakno imajući u vidu ne tako

beznačajnu cijenu regeneratora, zajedno sa odgovarajućim kućištem, napajanjem i hlañenjem,

cijena proširenja SDH mreže postaje problem.

Kod DWDM sistema teži se izbjegavanju upotrebe regeneratora kako bi se izbjegla OEO

konverzija. Za pojačanje signala koriste se optički pojačavači koji nemaju potpunu 3R (Retime,

Reshape, Reamplify) funkcionalnost kao regeneratori, oni vrše isključivo amplitudno pojačanje

optičkog signala. Stoga je optičke signale potrebno regenerisati, ali su rastojanja izmeñu

regeneratora u DWDM transportu uobičajeno izmeñu 600 i 1000 km. Glavna prednost optičkog

pojačavača jeste istovremeno pojačanje svih valnih dužina tj. svih informacionih signala koji se

prostiru kroz vlakno, bez predhodnog demultipleksiranja optičkog signala ili individualnog

procesiranja bilo koje od valnih dužina. Danas se optički pojačavači upotrebljavaju isključivo na

WAN linkovima (Long-Haul), dok se metro MAN mrežama teži eliminaciji njihove upotrebe zbog

kraćih rastojanja i cijene kompletnog sistema.


23

Proširenje DWDM sistema je vrlo jednostavno. Ono može da se vrši zamjenom interfejsa

DWDM sistema interfejsom većeg bitskog protoka (npr. nadgradnja sa 2,5 Gbit/s na 10 Gbit/s

interfejsa) ili dodavanjem novi valnih dužina (nadgradnja na sistem sa više kanala ili aktiviranje još

neaktiviranih). Postojeći optički pojačavači pojačaće novi kanal kao i sve postojeće (za razliku od

SDH sistema gdje dodavanje niza regeneratora predstavlja problem). U slučaju nadgradnje na

interfejs većeg protoka potrebno je testirati postojeće vlakno i provjeriti da li se optički signal može

prenijeti bez degradacije.

Optički kroskonektor

Slika 2.14 Komponente DWDM sistema

Predhodni tekst je opisao prednosti DWDM tehnologije u proširenju kapaciteta savremenih

transportnih telekomunikacionih mreža. Proces uvoñenja DWDM tehnologije je već u toku kod

većine značajnih svjetskih pružaoca telekomunikacionih usluga. Svakako prvi korak predstavlja

uvoñenje tačka-tačka DWDM linkova.

2.3.1. Tačka-tačka konfiguracija DWDM sistema

Tačka-tačka DWDM sistem nastaje uvoñenjem DWDM tehnologije na backbone linkove

sadašnje, najčešće SDH, optičke mreže. Dakle, na krajeve postojećeg vlakna (koje je potrebno

ispitati na kompatibilnost sa DWDM prenosom) postavljaju se ureñaji koji se nazivaju DWDM

terminalni de/multiplekseri čiji je zadatak kombinovanje velikog broja kanala (danas i do 160) na

jedno optičko vlakno. DWDM de/multiplekseri danas standardno posjeduju SDH interfejse (STM-

16, STM-64), 10 GE interfejse, a opciono mogu sadržavati i druge. Većina današnjih

de/multipleksera sadrže tzv. otvorene interfejse, što znači da će ulaznom optičkom signalu, bez

obzira o kojem se signalu radi (STM-64, 10 GE), biti izvršena konverzija valne dužine u

odgovarajuću valnu dužinu predviñenu za prenos. Manje skupa oprema može da sadrži interfejse


24

koji na svom ulazu zahtjevaju optički signal tačno definisane valne dužine, najčešće sa ITU-T

definisane skale.

Najjednostavniji DWDM sistem, tačka-tačka DWDM sistem, prikazan je na slici 2.15. Sastoji

se od para terminalnih DWDM multipleksera i demulitpleksera meñusobno povezanih optičkim

vlaknom sa optičkim linijskim pojačavačima.

Slika 2.15 DWDM sistem (tačka-tačka)

Osnovne funkcije prikazanog DWDM sistema su:

Multipleksiranje ulaznih signala - optički multiplekser prihvata skup optičkih signala sa

različitih ulaznih vlakana različitih valnih dužina i kombinuje ih u jedinstven optički signal. Dobijeni

optički signal prosljeñuje se na jedinstveno izlazno optičko vlakno. Zbog unutrašnjih gubitaka koji

slabe, optičke signale pri multipleksiranju, prije upućivanja multipleksiranog signala u vlakno optički

signal je potrebno pojačati. Uobičajeno je da optički pojačavač bude dio terminalnog multipleksera

što dodatno poskupljuje njegovu izradu.

Prenos optičkog signala - prenos signala dobijenog multipleksom više različitih optičkih

signala različitih valnih dužina podložan je degradaciji usljed slabljenja, disperzije, nelinearnih

efekata, itd. Neželjeni efekti u principu zavise od velikog broja parametara sistema kao što su npr.:

rastojanje susjednih valnih dužina u spektru, stabilnosti valnih dužina izvora ulaznih optičkih

signala, snage lasera, dužine dionice itd. Pri prenosu optičkog signala na veća rastojanja, signal je

potrebno pojačati upotrebom optičkih pojačavača tipično svakih 100 - 150 km. Većina DWDM

sistema za prenos koristi par vlakana, jedno predajno i jedno prijemno. Postoje sistemi u kojima se

jedno vlakno koristi za prenos optičkih signala u oba smjera, meñutim dio kapaciteta vlakna ovdje


25

mora biti potrošen na zaštitni opseg izmeñu predajnog i prijemnog dijela spektra koji spriječava

preslušavanje kanala. Takoñer, konfiguracija sa jednim vlaknom degradira karakteristike optičkih

pojačavača i dovodi ih u opasnost od oštećenja usljed refleksija koje mogu da se dogode tokom

popravke ili održavanja opreme.

Demultipleksiranje prijemnog signala - u prijemu je potrebno iz dolaznog optičkog

signala koji se sastoji od više komponenti izdvojiti prenošene optičke signale različitih valnih dužina

od kojih svaki nosi zaseban korisnički signal. Ovaj postupak se obavlja pomoću demultipleksera,

koji izdvojene sastavne komponente dalje prosljeñuje na različita izlazna optička vlakna. Ovdje se

radi se o nešto kompleksnijem i skupljem postupku od postupka multipleksiranja.

2.4. Poreñenje CWDM i DWDM sistema

Za proizvodnju CWDM i DWDM filtera koristi se tehnologija tankog filma (TFF). Željene

karakteristike filtera (centralna valna dužina, kanalni opseg, visina praga, umetnuti gubici i izolacija

izmeñu susjednih kanala) su postignute kontrolisanim uklanjanjem optičkih indeksa refleksije

dielektričkog materijala. Tipičan broj slojeva CWDM filtera (20 nm) je 50, a za DWDM (1,6 nm) broj

slojeva je veći od 100. Ovo rezultira kraćim vremenom proizvodnje, uštedom materijala, većim

proizvodnim dobitkom. CWDM filteri su zbog navedenog jeftiniji u prosjeku 50% od DWDM filtera.

Sljedeća tabela daje poreñenje osobina WDM, CWDM, DWDM-a:

CWDM WDM DWDM

Razmak kanala Veliki, od 1,6nm

(200GHz) do 20 nm

1310 nm laseri

korišteni u konjukciji

sa 1550 nm laserima

Mali, 200 GHz i manje

Broj korištenih opsega O,E,S,C i L O i C C i L

Cijena po kanalu Niska Niska Visoka

Broj raspoloživih

kanala 17-18 kao najviše 2

100-tine mogućih

kanala

Najbolje aplikacije Short-haul, Metro PON Long-haul

Tabela 2.1 Poreñenje osobina WDM, CWDM i DWDM multipleksera valnih dužina

Da bi se smanjili troškovi za metro aplikacije, CWDM i DWDM sistemi preferiraju lasere za

prenos na frekvenciji od 200 GHz. Meñutim karakteristike lasera se razlikuju od uslova njegove

primjene. Glavna razlika izmeñu CWDM i DWDM lasera je meñukanalni prostor, jer veći

meñukanalni prostor dopušta i veće odstupanje od centralne valne dužine tako da se u CWDM

sistemima može dopustiti veća varijacija valnih dužina. Ovo rezultira izbacivanjem termo-


26

električnog rashlañivača (TEC – Thermo Electric Cooler) kod CWDM lasera. Manji otvor oka kod

DWDM sistema takoñer uzrokuje povećanje cijene DWDM lasera u odnosu na CWDM. Nadalje,

zapremina kućišta DWDM predajnika je oko 8 puta veća od zapremine CWDM predajnika. Snaga

koju troši DWDM je oko 20 puta veća od snage CWDM predajnika. Sve ovo daje rezultat da su

CWDM predajnici 4 do 5 puta jeftiniji od DWDM predajnika. VCSEL laseri sa konstantnom valnom

dužinom obećavaju postizanje još nižih cijena od postojećih DFB CWDM lasera. VCSEL laseri su

posebno atraktivni za upotrebu u OADM okruženju. Meñutim najveće uštede sa cijenom će se

postići u point-to-point mrežama. U narednom periodu se očekuju veća ulaganja u CWDM mreže.

Sa masovnijom upotrebom se očekuje i pad cijena komponeneti mreže.

Manja veličina i slabija energija CWDM sistemskih komponenti u odnosu na DWDM

komponente dovela je do manjih dimenzija CWDM multipleksera koji pored toga imaju manju

potrošnju energije.

Za DWDM sisteme potreban veći broj “ploča” čijom kombinacijom se ostvaruje prenos. Veći

broj ploča zahtjeva i veće kućište što znači utrošak prostora je odmah veći. Pored toga i grijanje je

veće tako da je potrebno ugraditi sisteme za odvoñenje toplote.

Preporukom ITU-T G.653 specificirano je optičko vlakno sa minimalnom hromatskom

disperzijom i minimalnim slabljenjem. Ovaj tip vlakna (DSF - Dispersion Shifted Fiber) je

optimiziran za korištenje na veoma velikim bitskim brzinama (TDM 40 Gbps/OC-768). Dobre

karakteristike DSF vlakana su rezultirale njihovom širokom upotrebom, jer se nosači uglavnom

rade od istog tipa, pa je tokom izgradnje metro mreža uložena velika investicija u DSF vlakna

metro mreža.

Meñutim DSF vlakna nisu pogodna za upotrebu u u C-opsegu u DWDM tehnologiji zbog

preslušavanja koje nastaje kao efekat “četverovalnog mješanja”. DSF se može koristiti u L-opsegu

za DWDM aplikacije, ali je to dosta skupo rješenje.

Za CWDM aplikacije DSF tip vlakna je više odgovarajući. Ovdje je izbjegnut efekat

“četverovalnog mješanja” jer DSF vlakna kada se koriste u CWDM sistemima nisu toliko osjetljiva

na optičko preslušavanje. Ovo iz razloga što i kada jedna CWDM valna dužina ima veliku

disperziju, sljedeća valna dužina je udaljena 20 nm. To znači da je potrebna ekstremno velika

optička snaga i long-haul prenos da bi se osjetio bilo kakav efekat interferencije.

Zbog prethodno navedenih osobina, a da bi se riješio problem preslušavanja kod DWDM

sistema izvršeno je poboljšanje DSF tipa vlakana. Preporukom ITU-T G.654. specificirano je Non–

Zero DSF (NZDSF) vlakno koje je manje osjetljivo na preslušavanje u DWDM aplikacijama. Veliki

procenat predhodno ugrañenih DSF vlakna je “uspavan pod zemljom”, a u upotrebi su

revitalizirana DSF vlakna, samo ako se koriste CWDM sistemi, tako da se CWDM sistem, u ovom

slučaju, koristi kao prelaz izmeñu DSF i NZDSF vlakana.

Višegodišnjim naporima proizvoñačima je uspjelo (početkom 1998 u Bellovi, laboratorijima

za firmu OFS) izraditi optička vlakna bez „vodenog grebena“ - ZWPF), što omogućuje iskorištenje


27

valnih dužina u E pojasu. Dijagram propusne funkcije optičkog vlakna bez „vodenog grebena“

prikazan je na slici 2.16. i jasno se vidi razlika izmeñu običnog i ZWPF vlakna.

Slika 2.16 Dijagram slabljenja ZWPF vlakna

Otvaranje za prenos u E pojasu povećava razpoloživi kapacitet vlakna za više od 50%, uz

zadržavanje svih ostalih standardnih karakteristika običnoga vlakna. ZWPF vlakna su ''silazno

kompatibilna'' s običnim G.652 vlaknima, standardizirana su (G.652.C i IEC 60793-2 B1.3) i

uspješno isprobana na dugotrajnu stabilnost prenosnih karakteristika.


28

3. Optičke mreže

Ulaskom u 21. vijek, postali smo svjedoci ultrabrzog razvoja telekomunikacijskih

tehnologija, koji je uslijedio kao rezultat nastojanja za pružanjem novih usluga korisnicima, koje iz

temelja mijenjaju komfor i stil života običnih ljudi. U kompresiji digitalnog signala postignut je

takoñer snažan napredak, tako da su do nedavno prezahtjevne usluge, naročito video, postale

prihvatljive za efikasan prenos danas poznatim komunikacijskim tehnologijama. Svijet je kročio u

novu informacijsku eru čija je osnovna osobina globalna prespojenost, što danas objedinjavamo

jednom riječju: “broadband” ili širokopojasna konvergentna mreža.

Na “broadband” se odmah nadovezuje pojam “Triple Play”, kao nivo informacijske usluge, a

uključuje pojam konvergentne mreže po kojoj se istovremeno obavlja prenos govora, podataka i

videa – naravno, sve u digitalizovanom obliku. Triple Play je danas sveprisutan širom svijeta - za

ovo se tržište danas bore i telekom kuće, sa iskorakom prema prenosu videa, i privatni pružaoci

Triple Play usluga, ali i kablovski operateri koji se pomiču iz analognog videa ka integriranim

digitalnim rješenjima.

U svijetu se danas lome koplja kojom komunikacijskom tehnologijom dostaviti Triple Play

uslugu do krajnjeg korisnika, a na vagi su aspekti efikasnosti, pouzdanosti i ekonomičnosti.

Rješenja prenosnog puta su različita, a danas se uglavnom koriste tri dominantne tehnologije:

optičko vlakno (FTTH sistemi), brzi bakreni kablovi (xDSL sistemi) i širokopojasni bežični prenos

(npr. WiMAX sistem), kao i njihove kombinacije, tzv. FTTx sistemi. U ovom radu će se detaljnije

razmotriti FTTH rješenje, sa posebnim naglaskom na njegovoj izvedbi u vidu pasivnih optičkih

mreža.

Već iz uvoda se može zaključiti da uvoñenje Triple Play usluga znači “broadband”

okruženje svima i svugdje. Uprkos izuzetno efikasnim kompresijskim postupcima, očito je da su

potrebne agregatne brzine prenosa par desetaka Mbit/s, sa projekcijom i do par stotina Mbit/s. U

tabeli 3.1 prikazane su neke od Triple Play usluga koje se nude i pripadajući zahtjevi na prenosni

pojas danas i u skoroj budućnosti.


29

Današnje «kućne» digitalne potrebe «Kućne» digitalne potrebe u budućnosti

1 tel.linija 2 tel.linija

1 online kupovina&bankarstvo

1 online igre

1 Rad na daljina ili učenje

1 Video na zahtjev/

lični video snimač

Tabela 3.1 Zahtjevane prenosne širine kanala za pojedine Triple Play usluge

Iz tabele 3.1 se može izračunati da je već danas minimalni zahtjev prosječnog korisnika na

pojas od 25 Mbit/s, a već sutra od 45 Mbit/s. Općenito se smatra da bi minimalna prenosna širina

savremene “broadband” mreže trebala iznositi 40 Mbit/s, a sve češće se insistira na brzini Fast

Etherneta, dakle 100 Mbit/s, a minimalni zahtjev je 20 Mbit/s.

U magistralama savremenih širokopojasnih mreža koriste se gdje god je to moguće optička

vlakna, iz jednostavnog razloga što je to najbrži prenosni medij. Trenutak kada prijeći sa vlakna na

bakrenu paricu je stvar diskusije, a i fizičkog stanja na terenu, pa razlikujemo više rješenja FTTx

(Fiber To The x) sistema, od čisto optičkih do pretežno bakrenih, pri čemu oznaka “x” u FTTx

označava tačku demarkacije izmeñu optičke mreže i mreže bakrenih (primarno paričnih) kablova.

Iznimak čine HFC (Hybrid Fibre Coaxial) kablovski sistemi, koji su nastali kao napor postojećih

kablovskih operatera da pruže Triple Play usluge hibridnom optičko-koaksijalnom tehnologijom.

Na slici 3.1 prikazane su do danas prihvaćene topološke izvedbe FTTx kablovskih sistema.

Prve dvije izvedbe, PTPF i PON su čisto optičke, tj. monolitne. FTTN rješenje (Fiber To The Node)

pretpostavlja rješenje u kojem se pretvaranje optika-bakar ostvaruje u postojećem telefonskom

komutacijskom čvoru, tako da su udaljenosti do krajnjih korisnika i do 1.500 metara, pa prema

tome treba odabrati sofisticiraniju VDSL tehnologiju. Napajanje prenosne opreme i njen fizički

smještaj, meñutim, ovdje nisu problem, iz očitih razloga. FTTC rješenje (Fiber To The Curb) je

znatno povoljnije sa gledišta zahtjeva na xDSL (koristi se ADSL), jer se demarkacija obavlja u

uličnom prespojnom ormariću, koji se nalazi do max 150 metara od krajnjeg korisnika. Ovakav

scenario omogućuje veće prenosne brzine, ali je smještaj aktivne komunikacijske opreme upitan,

kao i njeno napajanje.


30

U svakom slučaju, i FTTC i FTTN su primamljive operaterima sa stajališta primjene, jer

koriste postojeću “last mile” bakrenu kablovsku strukturu, dakle investicija je umjerena. Nedostatak

je brzina ovih sistema limitirana brzinom na bakrenom dijelu instalacije koja često nije dovoljna

(traži se pojas od 40Mbit/s po korisniku).

Slika 3.1 Topološke izvedbe FTTH/FTTx kablovskih sistema

3.1 PTPF (Point To Point Fiber) optičke “broadband” tehnologije

Najjednostavniji, ali i najskuplji način povezivanja korisnika i pružaoca usluga optičkim

vlaknom svodi se na trivijalno povlačenje optičkog kabla izmeñu njih. Takav način izgradnje optičke

infrastrukture povezivanja je poznat pod nazivom PTPF ili Pt-Pt (Point To Point Fiber). PTPF

umjesto optičke parice koristi samo jednu optičku nit, upotrebom jednostavnog WDM

multipleksera/demultipleksera na obje strane. Takvi WDM ureñaji sprežu/rasprežu u dva prozora

Tx1310/Rx1550nm i obratno, jeftini su i najčešće su integrisani u terminalnu opremu, pa se njima

ostvaruje ušteda u odnosu na parični PTPF. U obje varijante problem ovakvog rješenja je visoka

cijena u odnosu na hibridne tehnologije, koja se nastoji opravdati praktično nelimitiranim prenosnim

pojasom. Problem ogromnog broja vlakana u magistrali (PTPF “backbone”) je ipak najveći

nedostatak ovakvih rješenja i često nepremostiva prepreka, obzirom na limitiran kapacitet

podzemnih cijevi i kanala, naročito u urbanim područjima (gdje se zapravo optika i najčešće

primjenjuje).

Zagovornici PTPF topologije tvrde da je ona zapravo jedino pravo “broadband” rješenje,

koje može odgovoriti na sve potrebe Triple Play okruženja. Prenosni kanal od 100 Mbit/s ili čak 1


31

Gbit/s ovdje nije problem, kao niti premostive distance reda više desetaka km. Sva prespajanja se

mogu izvršiti pasivno, i najčešće se izvode varenjem vlakana, tako da je pouzdanost ovakvih

sistema vrlo velika, a održavanje jeftino. Sistem je tehnički jednostavan i intuitivan. Upotrebom

nasavremenijih izvedbi “micro” optičkih kablova, ili čak upuhivanjem golih vlakana u prethodno

postavljene mikro-tubice, proširivanje mreže je jednostavno i donekle ekonomski prihvatljivije, ali

opet pod uslovom da je magistrala dovoljno moćna i proširiva. Obzirom na Pt-Pt veze u PTP

mrežama, protokol prenosa je popularni i skalabilni Gigabit/Fast/Ethernet.

Usprkos činjenici što mnogi Triple Play pružaoci usluga odabiru baš PTPF kablovski sistem,

da je njegova implementacija često nepredvidljivo skupa. Cijena priključka je skuplja što je

populacija na odreñenom području rjeña, pa takva rješenja na kraju vode u neekonomičnu “slijepu

ulicu”. Ograničenje samo na Metro mrežu u gusto naseljenim urbanim područjima, gdje dovoljno

prostora u kanalizaciji, PTPF je ne-elegantno rješenje koje se može odabrati.

Problem prepunjene kanalizacije može se riješiti upotrebom tzv. Aktivne Optičke Mreže -

AON rješenja (Active Optical Network). Ukoliko se na mjestu spajanja magistrale na korisničke

linije postavi aktivna oprema (optički komutatori, često i CWDM multiplekseri), magistrala može biti

bitno “tanja”, pa kanalizacija više nije problem. Održavanje AON mreža je meñutim složenije, a

pouzdanost upitna zbog upotrebljenih aktivnih ureñaja i kvaliteta njihovog napajanja. Primjena

AON mreža je stoga ograničena na manje mreže, ili ih susrećemo u početnih fazama razvoja

mreže kada se zamjenjuje bitno pouzdanijim PON sistemima (Passive Optical Network).

PON je potpuno pasivna optička kablovska struktura, gdje za razliku od AON-a, na mjesto

spojišta umjesto aktivne opreme postavljamo pasivne optičke sprežnike, koji razdjeljuju ulazni

optički informacijski tok na veći broj fizičkih puteva, najčešće 8-128.

3.2 Aktivne optičke mreže (AON) – optička komutacija

Fizička topologija DWDM sistema može biti tipa: tipa tačka-tačka (point to point), zvjezde

(star), prstena (ring) ili mreže (mesh). Topologija distribucije logičkog saobraćaja može biti

proizvoljna, što se postiže upotrebom različitih valnih dužina, kako bi se povezao svaki čvor.


32

Tačka - tačka

Slika 3.2 Topologije DWDM sistema

Sve do pojave EDFA pojačavača pasivna star konfiguracija je bila najpopularnija zbog

njene superiorne raspodjele snage. Zapravo, sa pojavom EDFA pojačavača, ispostavilo se da su

prsten mreže mnogo bolje, naravno poslije prevazilaženja problema sa raspodjelom snage. Ono

što čini ovu mrežu boljom je njena elastičnost. OXC omogućava saobraćaj izmeñu svih prstenova.

Razvija se i nova arhitektura Path-in-Lambda, za povezivanje potpuno optičkih mreža.

Da bi se omogućila praktična i široka primjena ovih mreža neophodno je prethodno rješiti

dva otvorena problema. Prvi je prijem i obrada optičkih digitalnih signala – bita, pri ekstremno

velikim brzinama. Današnji mrežni procesori u ruterima, na elektronskom nivou, mogu da obrade

adresne informacije brzinama reda 10 Gb/s. Potpuno optički komutator nema ovaj vid ograničenja,

ali kod njega mora da se uspostave putevi prema valnim dužinama (lambda putevi) u mreži, a to

podrazumijeva potrebu da se obrade poruke za rutiranje i signalizaciju. Drugi problem je

baferovanje optičkih paketa za statističko multipleksiranje. Korištenje optičkih vlakana kao linija za

kašnjenje ostavlja poslani paket signala u red za čekanje. Drugim riječima to nije tehnika slučajnog

pristupa.

Kao pozitivno rješenje na ova dva postavljena problema u IETF (Internet Engineering Task

Force) rañeno je na arhitekturi koja se zove genaralizovana komutacija labela višestrukim

protokolom (Generalized Multiprotocol Label Switching - GMPLS). Njime se obezbjeñuje način

kojim se uspostavljaju logičke veze u paketskim mrežama, kako bi se napravio ekvivalent

ekspresnih putanja, ali i šire protokoli za kontrolu i dodjele dinamičke kontrolne sposobnosti

SONET/SDH i DWDM opremi. Ono predstavlja optički ekvivalent elektronskom komutiranju paketa.

Ovdje se obavlja čitanje ugrañenih labela (tj. zaglavlja u paketima) i odluka o prosljeñivanju se

donosi na osnovu ove informacije. Očekuje se da OPS ureñaji rade bez uspostavljanja veze

(connectionless), korištenjem odredišne IP adrese. Takoñer bi mogli da rade i sa uspostavljanjem


33

veze (connection-oriented), korištenjem GMPLS protokola kontrolne ravni za signalizaciju pripreme

uspostavljanja puta. Po pročitanoj labeli vrši se uspostavljanje puta i potom prosljeñivanje paketa.

U okviru evropskog projekta KEOPS (Keys to Optical Packet Switching) izvršeno je

eksperimentalno optičko paketsko komutiranje. Ovdje se signalne poruke i zaglavlja sa labelama

šalju u paketima na manjim brzinama od podataka. OPS ureñaji koriste ulazne bafere kako bi kola

za obradu adresnih informacija odradila svoj posao. Takoñer, oni koriste i izlazne bafere kako ne bi

gubili pakete. Interesantna su sljedeća dva interfejsa za komutaciju u optičkim sistemima:

LSC (Lambda-Switch Capable) interfejs za komutaciju valnih dužina-lambdi pomjera se u

analogni domen. On ne prepoznaje bite, niti bilo koju veću strukturu, kao što su ramovi ili paketi.

Prosljeñivanje se vrši komutacijom svjetlosnog snopa na bazi njegove valne dužine ili opsega

valnih dužina. On takoñer nije u stanju da prima poruke kontrolne ravni koje su zajedno sa

podacima. Koristi se kod potpuno optičkih ureñaja: OADM, OXC. U ovom trenutku od tehnika

optičkog komutiranja u primjeni su: lambda komutacija i dinamička lambda komutacija. Kod lambda

komutacije izmeñu svaka dva čvora u mreži dodjeljuje se odgovarajuća valna dužina. Komutacija

se vrši na optičkom nivou. Pokušaj da se da rješenje na gore postavljena dva otvorena problema je

primjena dinamičke lambda komutacije. Ovdje se kontrolne informacije šalju zajedno sa signalom,

ali je realizovana spoljašnja signalizaciona mreža za kontrolnu ravan. Elektronski ureñaji kontrolne

ravni povezani su za optičko jezgro mreže preko OUNI interfejsa (Optical User Network Interface).

Zahtjev za postavljanjem odgovarajuće valne dužine prosljeñuje se ovom ravni od strane krajnjih

korisnika. Kontrolna ravan ovdje radi sa veoma malim brzinama. Naravno ravan podataka je još

uvijek transparentna za sve servise. Nažalost ovaj vid komutiranja i dalje nije dao traženo rješenje.

OTDM (Optical Time-Division Multiplex Capable) interfejs odnosi se na dodatno

multipleksiranje optičkog kanala. Ovdje se obrada vrši na nivou elektronskog signala. On

prepoznaje bite, ali se pretpostavlja da radi sa regularnim ramom koji se ponavlja u toku bita.

OTDM komutatori mogu da prosljeñuju podatke, ili da izvode opsluživanje kola, na bazi pozicije

informacije unutar vremenskog slota. On je takoñer sposoban da prima i obrañuje informacije

kontrolne ravni koji se šalju zajedno sa podacima. Koristi se kod SONET/SDH ADM (Add-Drop

Mux), DXC (Digital Cross-Connect), Terminal Mux, kao i kod: OEO OADM, OEO OXC gdje se

obrada vrši na elektronskom nivou. Laboratorijska ispitivanja kod kojih se vrši optička komutacija

paketa, kao optički ekvivalent elektronskom komutiranju paketa, zahtjevaće proširenje ovog

interfejsa u budućnosti.

3.3 Prsten konfiguracija DWDM mreže

Razvoj DWDM mreže po mnogo čemu podsjeća na razvoj SONET/SDH mreže. Razlog

tome je komercijalni uspjeh SDH mreža i želja da se na istim principima i u DWDM mrežama

ostvare iste funkcionalnosti, naročito kada je riječ o zaštitnom preusmjeravanju saobraćaja.

Osnovna arhitektura SDH mreže je SDH prsten konfiguracija, koja se sastoji od manjeg broja, u


34

prsten meñusobno povezanih, SDH ADM multipleksera. Prsten SDH konfiguracija danas je

izuzetno popularna u MAN (Metropoliten Area Networks) mrežama.

Uobičajena DWDM prsten konfiguracija sastoji se od manjeg broja OADM multipleksera

meñusobno povezanih u strukturu prstena. Ono čemu većina pružaoca telekomunikacionih usluga

danas teži je da svoje početne tačka-tačka faze DWDM mreže, preko tačka-tačka add-drop DWDM

mreže stigne do konačnog zatvaranja u strukturu DWDM prstena. Ova strategija nešto je manje

prisutna u izgradnji daleko-dometnih (Long-Haul) transkontinentalnih mreža gdje su tačka-tačka

linkovi zadovoljavajućeg odnosa cijena-performanse. Meñutim, u gradskim MAN mrežama, gdje je

prisutan mnogo veći broj tzv. kritičnih (Mission-Critical) servisa poput SAN, VPN, VoD, itd,

izgradnja DWDM prstenova je neophodna radi zaštitnog preusmjeravanja.

Izmeñu OADM multipleksera koji čine prsten uobičajeno se po svojoj funkcionalnosti

izdvaja jedan koji se naziva hab OADM (Hub OADM). On služi kao veza optičkog DWDM prstena

sa ostatkom potpuno-optičke DWDM mreže, odnosno interfejsi hab OADM-a direktno su povezani

na odgovarajući optički OXC ureñaj DWDM mreže. Hab OADM se odlikuje znatno složenijom

strukturom, s obzirom da ovaj ureñaj mora biti u stanju da izdvoji ili umetne bilo koju od valnih

dužina koje se prostiru DWDM prstenom i proslijedi ih ka optičkom OXC-u.

Ostali OADM multiplekseri na prstenu nazivaju se sateliti (Satellite OADM). Riječ je o

OADM multiplekserima sa sposobnošću izdvajanja najčešće jedne ili malog broja valnih dužina.

Izdvojeni optički signal odnosno valna dužina sa satelit OADM-a upućuje se na interfejs ka

elektronskoj opremi, tj. IP ruterima, ATM komutatorima, serverima, Data Storage (skladištenje

podataka) sistemima, itd.

Slika 3.3 Prsten DWDM konfiguracija


35

3.4 Optičke DWDM mreže sa rutiranjem valnih dužina

Potpuno-optička mreža (OTN - Optical Transport Network) još uvijek predstavlja koncept

čije ostvarenje se očekuje u narednih nekoliko godina. Stoga je prisutno veliko interesovanje za

načine formiranja buduće potpuno optičke mreže, kako kod pružaoca telekomunikacionih usluga,

proizvoñača telekomunikacione opreme, tako i kod cjelokupne naučno-istraživačke javnosti.

Trenutno je primjetno da postoji jasan trend ka uvoñenju inteligencije u kontrolnu ravan (dio

mreže namjenjen upravljanju i dodjeli servisa) buduće mreže. Ova inteligencija najprije bi trebala

da se ogleda u dvije važne funkcionalnosti. To su sposobnosti kreiranja i rutiranja optičkih

konekcija (valnih dužina) unutar optičke mreže u realnom ili gotovo realnom vremenu i

obezbjeñivanje kapaciteta i mehanizama održanja potpune mrežne funkcionalnosti u slučaju kvara

na nekom od njenih dijelova. Važan problem predstavlja interoperabilnost budućih elemenata

potpuno-optičke mreže proizvedenih od strane različitih proizvoñača, što napore za sveobuhvatnim

i kvalitetnim procesom standardizacije, koji je danas u toku, čine neophodnim.

Konfiguracija današnje optičke mreže uglavnom podrazumjeva skup ureñaja (rutera) za

elektronsko procesiranje prenošenog saobraćaja u čvorovima mreže, meñusobno povezanih tzv.

optičkim linijskim (transportnim) sistemima (OLS - Optical Line System). OLS sistemi upotrebom

DWDM tehnologije prenose veći broj korisničkih signala (uobičajeno protoka 2,5 ili 10 Gbit/s) tako

što je svakom korisničkom signalu dodjeljena različita valna dužina iz skupa valnih dužina koje

podržava DWDM OLS sistem. Jedan kanal tj. valna dužina OLS sistema često se naziva OLS

kanal. Ova konfiguracija optičke mreže samo je korak ka zamišljenoj potpuno-optičkoj mreži, a

njen osnovni nedostatak je nesrazmjernost u veličini protoka podataka izmeñu OLS sistema i

elektronskih ureñaja u čvorovima mreže. Drugim riječima, elektronska oprema u čvorovima mreže

svojim protokom nije u stanju da prati razvoj protoka prenosnih kapaciteta mreže. Stoga je

osnovna zamisao izmjestiti elektronsku obradu na krajeve potpuno-optičke mreže, a u njenim

čvorovima postaviti potpuno optičke ureñaje. Iako je do sada predložen veliki broj klasa optičkih

ureñaja koji bi, svaki na sebi specifičan način, vršili optičko rutiranje saobraćaja u čvorovima

optičke mreže, uobičajeno je da se svi oni, nezavisno od funkcionalnosti, nazivaju jednim imenom:

optički kros-konektori ili OXC ureñaji.

Dakle, formiranje potpuno-optičke DWDM mreže u pravom smislu te riječi javlja se tek ako

posmatrana mreža unutar čvorova sadrži OXC ili OADM (na krajevima mreže) ureñaje. Svaki od

ovih ureñaja sadrži interfejse prema DWDM OLS sistemima kojima je povezan sa drugim mrežnim

OXC ili OADM ureñajima u potpuno-optičku DWDM mrežu.

Potpuno-optička DWDM mreža trebalo bi da posluži kao transportna mreža budućnosti.

Klijenti ove mreže mogu da budu mreže sadašnje generacije, kao što su IP, ATM, SDH ili druge

mreže. Izmeñu klijentskih ureñaja (IP rutera, SDH DXC, ATM komutatorskih ureñaja, itd.)

uspostavlja se optička konekcija preko potpuno-optičke mreže u vidu osnovnog mehanizma

komunikacije u potpuno-optičkoj mreži, tzv. svjetlosne putanje (Light path) ili optičkog kanala,


36

skraćeno OCh (Optical Chanel). OCh se prostire od kraja do kraja potpuno-optičke mreže

prolazeći pri tome kroz niz OXC ureñaja u čvorovima mreže. Optička mreža putem OCh prenosi

korisnički signal izmeñu krajnjih čvorova potpuno-optičke mreže, na koje su priključeni klijentski

ureñaji koji putem nje komuniciraju. Korisnički signali mogu biti SDH (STM-16, STM-64) ramovi, 10

GE ramovi, IP paketi, ATM ćelije itd.

Ukoliko potpuno-optička mreža unutar čvorova nema sposobnost konverzije valnih dužina,

tada se OCh kroz potpuno-optičku mrežu prostire na jednoj valnoj dužini od kraja do kraja mreže.

Za takvu potpuno-optičku mrežu se kaže da ima ograničenje kontinuiteta valnih dužina

(Wavelength Continuity Constraint). Uvoñenje podrške konverzije valnih dužina unutar čvorova

potpuno-optičke mreže doprinosi značajnom povećanju fleksibilnosti mreže (primjer optičkog

kanala E-9-10-D na slici 3.4.). Treba naglasiti, iako je očigledno, da je fundamentalan zahtjev u

potpuno-optičkoj DWDM mreži sa rutiranjem valnih dužina da dva ili više OCh koji se prostiru kroz

isti DWDM OLS sistem moraju biti na različitim valnim dužinama.

Slika 3.4 Potpuno-optička mreža

U mreži sa N čvorova, kada bi svaki čvor (OXC) bio opremljen sa N-1 optičkih transivera tj.

ulazno-izlaznih portova (predajnika (lasera) i prijemnika (filtera)) i ako bi svaki DWDM OLS sistem

sadržavao dovoljan broj raspoloživih valnih dužina, tada bi izmeñu svakog para čvorova mogli

uspostaviti OCh kanal. To znači da problema u ovakvoj mreži nema. Meñutim, zbog potrebe da

mreža bude proširiva (da N raste) i jeftina, današnji čvorovi mreže su ograničenog broja ulazno-

izlaznih portova (transivera), DWDM OLS sistemi su ograničenog broja valnih dužina, zbog čega

se samo konačan broj OCh kanala može uspostaviti po potpuno-optičkoj mreži u jednom trenutku.

Pod pretpostavkom da je topologija i funkcionalnost čvorova mreže poznata, da je broj

valnih dužina koje se mogu prostirati kroz jedan DWDM OLS sistem poznat i da je dat skup OCh

kanala koje je potrebno uspostaviti, problem predstavlja kako odabrati rute preko kojih će se OCh


37

kanal prenijeti i koju valnu dužinu dodijeliti kojem OCh kanalu tako da se uspostavi maksimalan

broj OCh kanala. Za OCh kanale koji se ne mogu uspostaviti usljed ograničenja u broju mogućih

ruta i/ili valnih dužina kaže se da su blokirani. Odatle je odgovarajući problem optimizacije

minimizovati vjerovatnoću blokiranja OCh kanala.

Ovaj problem je u literaturi poznat kao RWA problem (Routing & Wavelength Assignment).

Riječ je o problemu koji u teoriji algoritama pripada klasi tzv. NP-kompletnih problema, što

pojednostavljeno rečeno znači da ne postoji vremenski efikasan algoritam njegovog rješavanja.

Ukoliko svi čvorovi mreže posjeduju mogućnost konverzije valnih dužina, tada je dio problema

vezan za dodjeljivanje valnih dužina (WA dio) trivijalan. Za probleme ove "težine" razvijaju se se

tzv. aproksimativni algoritmi koji su u stanju da u odgovarajućem vremenskom periodu obezbjede

dovoljno dobro (prihvatljivo) rješenje. Uobičajeno se RWA problem dijeli na zasebne probleme:

problem odreñivanja ruta i problem dodjeljivanja valnih dužina ustanovljenim rutama. Razvoj

kvalitetnih algoritama za rješavanje RWA problema suštinski je značajan za implementaciju u

kontrolnoj ravni buduće optičke mreže.

Postojanje funkcionalnosti konverzije valnih dužina od izuzetnog je značaja za fleksibilnost

dodjele servisa u potpuno-optičkoj mreži. Već mali broj čvorova u mreži sa ovom funkcionalnošću

može značajno da poveća broj dodjeljenih OCh kanala. Porast interesovanja za koncept potpuno-

optičke mreže je pored razvoja DWDM tehnologije nastao i zbog razvoja optičkih OXC ureñaja.

3.5 PON (Passive Optical Networking) optičke “broadband” tehnologije

PTPF i AON rješenja predstavljaju trivijalno rješenje kablovskog sistema za širokopojasni

prenos Triple Play usluga, i oba rješenja imaju jedan nedostatak, i to velik, a to je nemogućnost

efikasnog proširivanja na rastući broj korisnika, što se tehnički zove loša skalabilnost sistema.

Gomilanje “point to point” vlakana ili pak AON aktivnih čvorova je jednostavno ograničeno fizičkom

propusnošću kanalizacije, odnosno pouzdanošću aktivne opreme.

Slika 3.5 PON pasivna optička širokopojasna mreža


38

Osnovna zamisao PON-a je P2MP (Point To Multi Point) okruženje, u kojem se kičmeni dio

kablovskog sistema efikasnije iskorištava odreñenim metodama multipleksiranja, npr.

vremenskim/paketnim multipleksiranjem ili multipleksiranjem po valnim dužinama. Spajanje

magistrale na korisničke optičke linije izvodi se pasivnim optičkim sprežnicima, tipično u omjeru

1:32, što znači da se kod PON-a korisnički signal za isti omjer dijeli na putu od centralnog čvora

pružaoca usluga (OLT – Optical Line Terminal) do krajnjeg korisničkog priključka ONT (Optical

Network Terminal).

Sprežnik može biti izveden centralno, kao jedan element 1:32, kada govorimo o

centraliziranom PON-u, a sprežnici se mogu i dislocirano kaskadirati npr. 1:8 + 1:4 = 1:32, kada

govorimo o distribuiranom PON-u. Kada primjeniti koju vrstu PON-a, zavisi ponajviše o fizičkom

rasporedu korisnika i postojećoj kanalizacijskoj mreži i općenito o strategiji razvoja širokopojasne

mreže. Pružaoci usluga skloniji su centralizaciji u OLT čvoru, čime se minimizira potreban broj

optičkih sprežnika, ali i aktivne komunikacijske opreme u centralnom čvoru. Dijagnostika kvara u

pasivnom dijelu mreže je brža i jednostavnija, a ukupno gušenje PON-a manje, po principu manji

broj sprežnika – manje intrinsično gušenje i manje kvarova. U distribuiranom PON-u, sprežnici su

pomaknuti bliže ONT opremi, dakle korisnicima. Centralno čvorište OLT je jednostavnije, a broj

novih uličnih kabineta se smanjuje, jer se najčešće koriste već postojeći manji komunikacijski

ormarići. Dijagnostika i pouzdanost su manje efikasna u odnosu na centralizovani PON.

Glavne prednosti PON-a u odnosu na ostala optička rješenja su ekonomičnost i

pouzdanost. Pouzdanost je očito velika jer se radi o potpuno pasivnoj strukturi. Ekonomičnost

proizlazi već iz same uštede na količini optičkog kabla i jednostavnosti topologije, te izostanku

potrebe za napajanjem opreme duže prenosnog puta. Pored toga, PON raspodjeljuje

(multipleksira) prenosnu širinu optičkih vlakana u magistrali.

Dodatno pojeftinjenje postiže se time što PON koristi samo jedno vlakno za dvosmjerni

prenos korištenjem WDM multipleksera, najčešće 1310nm za “upstream” prenos, odnosno

1550nm za “downstream” prenos (tkzv. WDM PON). Prednost PON-a je i skalabilnost, jer je

magistrala “fizički tanka” iz razloga multipleksiranja, pa se može pojačavati. PON-u se zamjeraju

dva nedostatka: ograničeni domet i ograničen prenosni pojas, dakle sama srž širokopojasnosti.

Agresivni zahtjevi na brzine 100 Mbit/s po korisniku, pa i veće, mogli bi ugroziti budućnost PON-

ova. Ukoliko je konačna maksimalna prenosna širina glavni razlog upitnosti primjene PON-ova u

širokopojasnim mrežama, daljnje ubrzanje treba tražiti u CWD PON tehnologiji. Pri tome glavne

prednosti PON-a i dalje vrijede: relativno niska instalacijska cijena po priključku (bitno niža od PTP

sistema), te jednostavno i jeftino održavanje uz visoku pouzdanost.

3.5.1 CWDM PON

U ultrabrzim Metro mrežama topologiju PON-a trebalo bi kombinirati sa CWDM

multipleksiranjem, u tzv. CWDM PON. Time se osigurava dodjeljena valna dužina po svakom


39

korisniku, npr. upotrebom 16 kanalnog CWDM-a prema slici 3.6 U CWDM PON-u, logički se

ostvaruje “point-to-point” komunikacija na relaciji OLT-ONT kao i u PTPF mrežama, samo je razlika

što sada logički put odreñene valne dužine (tzv. “logical path”) zamjenjuje fizičko vlakno (tkzv.

“physical path”).

Bitno je napomenuti da CWDM PON smanjuje, a ne povećava broj vlakana u magistrali, što

je osnovna zamjerka PTPF sistema. Pored toga, primjena je jednostavna i direktna, dodavanjem

CWDM-ova u postojeću pasivnu PON strukturu. CWDM PON je neovisan o protokolu i kodiranju,

vrlo brz i pouzdan, pogotovo ako se ugrade pasivni CMDW sprežnici i rasprežnici. Ovakav PON

nudi na prvi pogled idealno rješenje za Metro mreže, a ovaj dobitak dodatno se plaća se

investicijom u CWDM opremu.

Slika 3.6 Princip CWDM za ubrzanje PON sistema

Dodatno povećanje broja kanala postiže se, po preporuci ITU-T G.694.2 za CWDM, za

faktor 8-18 puta. Preduvjet za korištenje CWDM jeste da je kablovska instalacija izvedena

“dehidriranim” vlaknom, tzv. “low water peak fiber” po ITU-T G.652d, koje ima linearnu

karakteristiku u cijelom području 1270-1625 nm. Kanali meñusobno razmaknuti tipično 20-25nm,

imaju ogromnu prenosnu širinu - iznad 200 Gbs, po preporuci ITU-T G.694.2. Za obično vlakno,

treba preskočiti područje 1370-1430 nm.

Kako je već objašnjeno, još “gušće” pakiranje kanala (i preko 100-njak) može se ostvariti

DWDM (Dence Wavelenght Division Multiplexing) multiplekserom, ali vrlo visoka cijena i vrlo

složeno i osjetljivo održavanje ovog ureñaja čini ga neupotrebljivim u Metro okruženju, za razliku

od “long haul” aplikacija gdje se često koristi kao akcelerator.

U jednostavnom CWDM PON-u, svaki kanal odreñene valne dužine radi potpuno neovisno

od svih ostalih kanala („logical path“), pa nikakva dodatna MAC kontrola pristupanja u kanalu nije


40

potrebna. Standardizirani Ethernet MAC protokol u svakom pojedinom kanalu rješava sve potrebne

procedure na relaciji OLT-ONT.

U razvijenom CWDM PON-u, koji želi maksimalno koristiti PON, neke valne dužine su jako

opterećene, dok neke u istom trenutku nisu upotrebljene – dakle, traži se dinamičko alociranje

logičkih puteva-valnih dužina. Time se CWDM PON može značajno ubrzati. U razvoju je nekoliko

rješenja protokola dinamičkog alociranja slobodnih ili manje opterećenih CWDM kanala, nakon

čega se očekuje i njihova normizacija u smislu postizanja zadovoljavajućeg SLA (Service Level

Agreement) statusa.

3.6 Perspektive u razvoju DWDM tehnologija

Optičke paketske mreže

Dosadašnji razvoj DWDM tehnologije i potpuno-optičke mreže bazirao se na ostvarenju

prvog koraka u izgradnji potpuno-optičke mreže, a to je mreža sa rutiranjem valnih dužina. Riječ je

o mreži tzv. connection-oriented tipa u kojoj se komunikacija izmeñu krajnjih ureñaja odvija

posredstvom optičkih kanala OCh. Procedure za uspostavljanje, raskidanje, zaštitu i nadgledanje

performansi OCh kanala zadatak su kontrolne ravni mreže.

Meñuitm, stepen iskorištenja statičke upotrebe jednog OCh kanala potpuno-optičke mreže

za komunikaciju izmeñu dva krajnja ureñaja (npr, IP rutera) može da bude vrlo skroman, što zavisi

od trenutne količine IP saobraćaja koju razmjenjuju ruteri. Potencijalno neefikasna upotreba

propusnog opsega bazirana na principima komutacije kola, rješavana je i do sada u

telekomunikacionim mrežama uvoñenjem paketske komutacije, koja omogućuje brzu alokaciju

WDM kanala i njihovu upotrebu kao dijeljenog resursa.

IP postaje dominantan protokol u prenosu podataka i veoma ozbiljan kandidat za

konvergenciju telekomunikacionih i usluga prenosa podataka. Sa druge strane, očigledno je da

DWDM postaje transportna tehnologija od izbora u budućoj optičkoj mreži. Stoga je rješavanje

problema prenosa dominantno IP podataka po DWDM infrastrukturi (tzv. IP over DWDM) postalo

jedno od najznačajnijih pitanja od interesa modernih telekomunikacija. Većina napora usmjerena je

ka efikasnom rješavanju problema neslaganja izmeñu ogromnih kapaciteta prenosa koje nudi

optički DWDM transportni sloj i ograničene procesirajuće snage IP rutera.

IP ruteri vrše osnovna četiri zadatka:

Rutiranje (Routing): prikupljanje informacija o topologiji i stanju mreže i formiranje tabela

rutiranja;

Prosljeñivanje (Forwarding): definisanje izlaznog porta za svaki ulazni paket (bazirano na

očitavanju tabele rutiranja);

Komutacija (Switching): prenos paketa sa ulaznog na izlazni port preko prostorne

matrice (definisano procesom prosljeñivanja);


41

Baferovanje (Buffering): rješavanje istovremenog zahtjeva za slanje na izlazni port više

različitih paketa.

Trenutno je proces prosljeñivanja najkritičniji po pitanju konzumiranja vremena. Vrijeme

potrebno za očitavnje tabele rutiranja postavlja fundamentalan limit na protok IP rutera. Iako su

fantastični uspjesi postignuti na unapreñivanju struktura podataka i algoritama za očitavanje tabela

rutiranja, činjenica je da su ruteri tačke koje bi najviše usporavale proširenje kapaciteta budućih

optičkih mreža.

Postoje dva moguća rješenja koja se u osnovi razlikuju u strukturi optičkog paketa i načinu

rada optičkog ruting komutacionog ureñaja u čvoru mreže. Prvi pistup se naziva optička paketska

komutacija ili OPS (Optical Packet Switching), bazirana na paketima fiksnog trajanja sa najčešće

sinhronim radom čvorova mreže (primjer: projekt KEOPS). Drugi pristup se naziva optička

sporadična komutacija ili OBS (Optical Burst Switching), baziran na paketima promjenljive dužine

sa asinhronim radom čvorova mreže.

U oba pomenuta slučaja optička paketska mreža sastoji se od optičkih paketskih

komutatorskih ureñaja u čvorovima mreže meñusobno povezanih optičkim DWDM OLS linkovima.

Paketski komutatorski ureñaji mogu biti direktno povezani ili povezani preko niza OXC ureñaja

OCh kanalom. Korisnički podaci se optičkom paketskom mrežom prenose posredstvom optičkih

paketa koji se u optičkom domenu prosljeñuju sa ulaza na izlaz komutatora, bez bilo kakve OEO

konverzije.

Optička sporadična komutacija OBS je tehnika za prenos sporadičnih tokova podataka

(burst - sporadičan intenzivan tok podataka karakterističan za prenos podataka) kroz potpuno-

optičku mrežu. OBS tehnika koristi prethodno uspostavljanje veze i rezervaciju resursa do kraja

mreže za vrijeme trajanja sporadičnog toka podataka.

Optičke paketske mreže - OPS mreže

Optičke paketski komutirane mreže mogu se podijeliti u dvije kategorije: sinhrone, u kojima

je vrijeme diskretizovano na intervale konstantnog trajanja koji se nazivaju slotovi, i asinhrone, kod

kojih to nije slučaj. Na svaki od ulaznih portova OPS sviča paketi dolaze u različitim trenucima

vremena bez obzira da li je mreža sinhrona ili ne (posljedica različitih dužina i uslova na prenosnim

optičkim putevima).

U sinhronoj mreži svi paketi su jednake veličine. Zaglavlje i korisnički podaci smješteni su

zajedno u vremenski slot fiksnog trajanja. Izmeñu uzastopnih zaglavlja i paketa korisničkih

podataka nalaze se kratki zaštitni intervali vremena, tzv. Guard time. Sinhroni OPS komutator

zahtjeva sinhronizaciju ulaznih paketa i njihovo poravnavanje sa početkom vremenskog slota. U

trenutku početka vremenskog slota prostorna matrica OPS komutatora se rekonfiguriše tj. prelazi u

novo stanje. Optičko baferovanje na izlaznim portovima OPS komutatora vrši se korištenjem

namotaja vlakana različite dužine koji objezbjeñuju propagacijsko kašnjenje jednako multiplima

trajanja vremenskog slota.


42

U asinhronoj mreži paketi ne moraju biti jednake veličine. Paketi sa različitih ulaza ne

moraju se poravnavati na početak vremenskog slota. Komutacija se vrši po svakom pristiglom

paketu, a rekonfiguracija prostorne matrice može se dogoditi u bilo kojem trenutku. Stoga su u

asinhronim čvorovima mreže veće šanse za nagomilavanje paketa u baferima usljed manje

predvidivosti i regularnosti u protoku paketa. S druge strane, asinhrone mreže su značajno jeftinije

i fleksibilnije.

Vrijeme potrebno paketu da preñe odreñeno rastojanje kroz optičko vlakno zavisi od dužine

vlakna, hromatske disperzije i promjene temperature. Usljed hromatske disperzije, paketi na

različitim valnim dužinama kasne različit vremenski period. Pomenute varijacije kašnjenja su sporo

promjenjive u vremenu, te se mogu kompenzovati statički (na duži period), a ne dinamički (za svaki

paket posebno).

Kašnjenje pojedinih paketa u čvorovima mreže zavisi od dizajna prostorne matrice i

kašnjenja u izlaznim baferima. U sinhronim mrežama sa optičkim baferima različitih dužina paketi

prelaze različita rastojanja od ulaza do izlaza OPS komutatora. Sve što je važilo za kašnjenja

izmeñu čvorova važi i ovdje, s tim što je dinamika promjene parametara ovdje mnogo veća i vrlo

često su neophodna izlazna sinhronizaciona kola.

U DWDM mrežama OPS ureñaji su meñusobno povezani DWDM linkovima velikog broja

raspoloživih valnih dužina. Ova činjenica može se iskoristiti za minimizaciju eksternog blokiranja.

Naime, u slučaju da su dva paketa upućena u istom trenutku na isti izlaz , oni i dalje mogu biti

upućeni na izlazni link istovremeno na dvije različite valne dužine. Ovaj metod smatra se dosta

perspektivnim imajući u vidu činjenicu da se broj valnih dužina koje je moguće multipleksirati na

jedno izlazno vlakno neprestano raste. Konverzija valne dužine paketa u kombinaciji sa

baferovanjem značajno redukuje vjerovatnoću gubitka paketa, kao i broj optičkih linija kašnjenja u

OPS komutatoru.

Optičke paketske mreže - OBS mreže

Optička sporadična komutacija predstavlja još jedan od predloženih metoda implementacije

optičke paketske mreže. Osnovna jedinica prenošenih podataka jeste sporadičan tok podataka -

burst, koji se sastoji od većeg broja uzastopno generisanih paketa korisničkih podataka. OBS

postiže veće iskorištenje propusnog opsega sa kraćim procesiranjem u čvorovima koje ne zahtjeva

obradu paket po paket.

OBS je adaptacija ITU-T standarda za sporadičnu komutaciju u ATM mrežama, poznatu

kao ABT (ATM Block Transfer). Postoje dvije verzije ABT komutacije, ABT sa odloženim prenosom

i ABT sa trenutnim prenosom.

U prvom slučaju, kada izvor želi da emituje sporadičan tok podataka, prethodno šalje paket

ATM komutatorima koji su na putanji konekcije kako bi informisao o prenosu i potrebnoj rezervaciji

resursa. Ukoliko svi komutatori na putanji mogu da ispune zahtjeve, izvoru se dozvoljava da


43

započne slanje podataka. U suprotnom, zahtjev se odbija, a izvor šalje ponovni zahtjev poslije

isteka odreñenog vremena.

U drugom slučaju, izvor šalje kontrolni paket za rezervaciju resursa, a odmah po tom, bez

čekanja na potvrdu, emituje sporadičan tok. Ukoliko neki od komutatora na putanji nisu u stanju da

prenesu emitovani sporadičan tok korisničkih podataka, on se odbacuje.

Obje tehnike su predložene za upotrebu u optičkim mrežama. Prva koja odgovara ABT sa

trenutnim prenosom naziva se TAG (Tell-And-Go switching) komutacija, dok se ekvivalent ABT

tehnici sa odloženim prenosom naziva TAW (Tell-And-Wait switching) komutacija. U literaturi

postoji i treći mehanizam, koji predstavlja kompromis predhodnih rješenja pod nazivom JET (Just-

Enough-Time switching) komutacija.


44

4. IMPLEMENTACIJA FTTH/B MREŽA U EU I SVIJETU Status FTTH/B (Fiber To The Home/ Building) penetracije na svjetskom nivou prikazan na slici 4.1 pokazuje da su pojedine zemlje EU prestigle SAD koje su donedavno držale jednu od vodećih pozicija [10].

Sl. 4.1. Prikaz zemalja sa najvećom penetracijom FTTH/B mreža na svjetskom nivou Početkom septembra 2009. godine FTTH Vijeće Evrope objavilo je ažuriranu rang listu prvih deset zemalja Evrope sa stanovišta implementacije FTTH/B mreža. Lista glasi: 1. Švedska, 2. Norveška, 3. Slovenija, 4. Andora, 5. Danska, 6. Island, 7. Litvanija, 8. Nizozemska, 9. Slovačka, 10. Finska [11]. U navedenim zemljama većinom je implementirana FTTH arhitektura sem u Švedskoj i Finskoj gdje su FTTH i FTTB mreže jednako zastupljene.


45

5. PODJELA I RAZVOJ OPTIČKIH PRISTUPNIH MREŽA FTTx (Fiber To The x) predstavlja generički termin za optičke mreže u zavisnosti od tačke na kojoj se optičko vlakno završava. Najčešće se spominju FTTH optičke mreže do kuće, FTTB (B-Building) optičke mreže do zgrade i FTTC (C-Curb) optičke mreže do trotoara. S obzirom na način polaganja optičkog vlakna postoje:

� PTP tačka – tačka (Point To Point) optičke mreže i � PTMP tačka – više tačaka (Point To Multi Point).

S obzirom na posjedovanje aktivne opreme na terenu:

� AON aktivne mreže (Active Optical Network); � PON pasivne mreže (Pasive Optical Network).

S obzirom na način multipleksiranja, imamo:

� TDM mreže sa vremenskim multipleksiranjem (Time Division Multiplexing); � WDM mreže sa talasnim multipleksiranjem (Wavelenght Division Multiplexing).

Standardizacijom TDM PON mreža imamo podjelu na:

� APON/BPON mreže (ATM based/Broadband PON) (ITU-T G.983 standard, 1998/2001) 622Mbps/155Mbps brzina - 20 km domet.

� GPON mreže (Gigabit -Capable PON) (ITU-T G.984 standard, 2003) 2,48 Gbps/1,24 Gbps brzina, 20 km domet, nadogradnja 10GPON.

� EPON mreže (Ethernet based PON) (IEEE 802.3ah standard, 2004) zovu se i GePON mreže (2005), 1,24/1,24 Gbps brzina, 20 km domet. Nadogradnja je IEEE 802.3av ili 10GigE.

Na slici 5.1 prikazana je osnovna podjela optičkih pristupnih mreža [13]:

Sl. 5.1. Osnovna podjela optičkih pristupnih mreža


46

Kod WDM mreža zavisno od gustoće multipleksiranja postoje CDWDM (Coarse WDM – rijetko talasno multipleksiranje), DWDM (Dense WDM – gusto talasno multipleksiranje) i UDWDM (Ultra Dense WDM – veoma gusto talasno multipleksiranje) mreže. Razvoj pristupnih mreža ka UDWDM PON mrežama slijedeće generacije predstavljen je slikom 5.2 [14].

Sl. 5.2. Pravac razvoja pristupnih mreža Standardi koje je uspostavio ITU i IEEE značajno su poboljšali dizajn, kapacitet, održivost, sigurnost i prilagodljivost optičkih pristupnih mreža, otvarajući mogućnost ekonomije masivnih razmjera i niže troškove. Što se troškova tiče, do 70-80% se odnosi na sistem kanala, pristupa zgradama, grañevinske radove. 6. Zaključak

Ogromni pritisci korisnika, da im se omogući korištenje najsavremenijih servisa, izazvalo je

naglu ekspanziju optičkih telekomunikacija. Tehnologija optičkih komunikacija je doživjela nagli

razvoj u zadnjih deset godina. Optičke telekomunikacijske mreže su danas sve zaslužnije za

prenos sve zahtjevnijih informacijskih sadržaja.

Upravo zbog ekspanzije optičkih telekomunikacija u posljednjih deset godina u ovom radu

pokazano je da postoji široka paleta WDM sistema - od najjednostavnijih (za dvije valne dužine

takoñer za dupleksnu komunikaciju po jednom vlaknu) do vrlo kompleksnih (i drugih) sistema s

više od 100 ishodnih ''boja'' - ali ih uglavnom dijelimo na CWDM (coarse-grube) i DWDM (dense-

guste) sisteme, koji su naširoko cijenjeni i standardizirani. Upravo CWDM tehnologije grubog

valnog multipleksiranja i DWDM tehnologije gustog valnog multipleksiranja, kombinovana sa

izborom ZWPF vlakana (gdje je to moguće) su optimalno rješenje povećanja prenosnog kapaciteta

optičkih vlakana je upotreba. To rješenje nudi postupno povećavanje kapaciteta prenosa i relativno

nisku početnu investiciju, koja investitoru omogućuje povećanje kapaciteta s rastom prometa /

potrebe (''Pay-as-you-grow'' strategija), i to ne u velikim koracima, gdje bi po svakom većem

koraku imao prevelike odnosno, neiskorištene kapacitete. Pri gradnji nove optičke mreže je nužno


47

uzeti u obzir saznanja o širenju medija, odnosno projektovati buduću mrežu s potencijalom rasta

prenosnog medija (ZWPF vlakno). CWDM sistem i ZWPF tehnologija dosad su dokazali svoju

vrijednost, isprobani su i standardizirani, i već se naveliko upotrebljavaju širom svijeta (npr. samo

je OFS svojim kupcima od 1998 doveo već više od 5 miliona kilometara ZWPF vlakna).

U posljednjem dijelu rada analizirani su zahtjevi za naglim povećanjem propusnog opsega

gdje je zaključeno da je ovaj zahtjev moguće ostvariti jedino primjenom sve optičkih mreža.

Koristan signal mora biti ne samo kao do sada prenošen optičkim putem, već i obrañen na

optičkom nivou. Tehnološki razvoj optičkih elemenata, ureñaja i sistema pokušava da ponudi

rješenje. Meñutim da bi se sve optičke mreže realizovale neophodno je rješiti dva otvorena

problema. Prvi je prijem i obradu optičkih digitalnih signala pri ekstremno velikim brzinama, a drugi

je baferovanje optičkih paketa da bi se moglo ostvariti statističko multipleksiranje. U ovom trenutku,

istraživanja koja se rade u vrhunskim svjetskim laboratorijama daju nade u mogućnost realizacije

optičkih mreža, kod kojih će i ova dva problema biti rješena.

Poseban značaj u daljoj ekspanziji optičkih telekomunikacionih mreža predstavlja razvoj

optičkih pristupnih mreža. Upravo one treba da omoguće da se sve prednosti koje donosi primjena

sve optičkih mreža prenesu do korisnika. Omogućene su direktne optičke veze do krajnjih

korisnika, kao i strategija iznajmljivanja valne dužine (umjesto, npr. čitavog optičkog vlakna).

U radu je pokazano da u svijetu, danas su prisutne tri FTTH optičke kablovske izvedbe:

GPON, EPON i PTPF, i sve koriste Ethernet protokol raspodjeljivanja kapaciteta medija. Korea

Telecom (KT) jedan je od najagresivnijih pobornika CWDM PON-a, g.2006 oko 2000 kućanstava je

već koristilo taj priključak. NTT je skloniji CWDM rješenju u odnosu na 10G PON. Slično misli i

američki Verizon.U Evropi, odluka se donosi izmeñu dvije FTTH izvedbe: GPON ili PTPF. U

Francuskoj, npr. France Telecom se odlučio za GPON, a privatni davatelj usluga Free koristi

PTPF. U BiH, prave Triple Play i FTTH mreže nastaju tek sa integracijom usluge video prenosa uz

već postojeće VoIP i Internet veze. U ovom trenutku kod nas postoji nekoliko stotina FTTH

priključaka različitih pružaoca usluga. Neki koriste i WDM kao rješenje. Kako sada stvari stoje,

testiraju se pilot rješenja, ali za očekivati je da će vodeći telekom pružaoci usluga odabrati GPON,

sa mogućnošću proširivanja upotrebom CWDM-a.


48

7. Skraćenice

Skraćenica Naziv na engleskom jeziku Naziv na bosanskom jeziku

A

ABT ATM Block Transfer prenosni blok ATM prometa

AON Active Optical Network aktivne optičke mreže

APD Avalanche Photodiode lavinska fotodioda

ASE Amplified Spontaneous Emission spontana emisija

ATM Asynchronous Transfer Mode asinhroni transfer mod

AWG Arrayed WaveGuide rešetka sa nizom valovoda

B

BER Bit Error Rate vjerovatnoća bitskih grešaka

C

CATV Cable Television kablovska televizija

CO Central Ofice centralni ured

CWDM Coarse WDM grubo valno multipleksiranje

D

DCF Dispersion Compensating Fibers vlakna za kompenzaciju disperzije

DEMUX Demultiplexer demultiplekser

DFB Distributed Feedback laserske diode sa distribuiranom

povratnom spregom

DFF Dispersion Flatened Fibers vlakna sa zaravnjenom disperzijom

DSF Dispersion Shifted Fibers vlakna sa pomjerenom disperzijom

DWDM Dense WDM gusto valno multipleksiranje

DXC Digital Cross-Connect digitalni kroskonektor

E

E/O Electronical/Optical Convertor elektroničko/optički pretvarač

ECL Extended Cavity Laser laser sa proširenom šupljinom

EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier pojačavači na bazi dopiranog optičkog

vlakna

EPON Ethernet Passive Optical Network Ethernet pasivne optičke mreže

F

FBG Fiber Bragg Grating optički rešetkasti filter

FDDI Fiber Distributed Data Interface optičke mreže za distribuciju podataka

FDM Frequency Division Multiplexing frekventno multipleksiranje

FPA Fabry-Perot Amplifier poluprovodnički pojačavači sa

rezonatorom


49

FSR Free Spectral Range slobodni spektralni opseg

FTTC Fiber To The Curb optička vlakana do kabineta

FTTH Fiber To The Home optička vlakana do kuće

FTTN Fiber To The Node optička vlakana do telefonskog

komutacijskog čvora

FWM Four Wave Mixing četvorovalno mješanje

G

GMPLS Generalized Multiprotocol Label

Switching

genaralizovana komutacija labela

višestrukim protokolom

GPON Gigabit Passive Optical Network gigabitne pasivne optičke mreže

H

HFC Hybrid Fibre Coaxial Hibridno - optičko koaksijalno

I

IETF Internet Engineering Task Force grupa za standardizaciju interneta

ITU International Telecommunications

Union

meñunarodna telekomunikaciona unija

K

KEOPS Keys to Optical Packet Switching evropski projekat

L

LAN Local Area Network lokalna mreža

LD Laser Diode laserska dioda

LEAF Large Effective Area Fibers optička vlakna sa velikom efektivnom

numeričkom apreturom

LED Light Emitting Diode dioda koja emituje svjetlost

LSC Lambda-Switch Capable Sposoban za lambda komutiranje

M

MAN Metropoliten Area Networks gradske mreže

MEMS Micro-Electro-Mechanical Systems mikroelektromehaničkih sistema

MPLS Multiprotocol Label Switching

MSM Metal-Semiconductor-Metal metal-poluvodič-metal

MUX Multiplexer multiplekser

N

NWDM Narrow WDM uskopojasni WDM

NZDSF Non Zero Dispersion Shifted vlakna sa pomjerenom nenultom

disperzijom

O


50

OADM Optical Add/Drop Multiplexer

optički multiplekser za umetanje i

izdvajanje

OBS Optical Burst Switching optička komutacija snopova

Och Optical Chanel optički kanal

ODN Optical Distibutive Network optička distibutivna mreža

OLS Optical Line System optički linijski sustav

OLT Optical Line Terminal optičkih linijskih terminala

ONU Optical Network Unit skup pridruženih optičkih jedinica

OPS Optical Packet Switching optičko paketsko komutiranje

OSC Optical Supervisor Channel optički supervizor kanal

OTDM Optical Time-Division Multiplex optičko vremensko multipleksiranje

OTN Optical Transport Network potpuno-optička mreža

OUNI Optical User Network Interface optička mrežna jedinica

OXC Optical crossconector optički kros konektori

P

PDFFA Praseodymium Doped Floride-Based

Fiber Amplifier

pojačavači bazirani na fluoridnim

vlaknima dopiranim prazeodimijumom

PIN p-Intristic p - fotodioda

PMD Polarisation Mode Dispersion polarizaciona disperzija

PON Passive Optical Network pasivna optička mreža

POTS Plain Old Telephone Service klasična telefonija

PTPF Point To Point Fiber veza vlakna tačka-tačka

Pt-Pt Point To Point veza tačka-tačka

R

RCE-MSM Resonant Cavity Enhanced Metal-

Semiconductor-Metal photodetector

fotodetektor

RCE-PIN Resonant Cavity Enhanced P i N fotodetektor

S

SBS Stimulated Brillouin Scattering stimulisano Brillouinovo rasijavanje

SDH Synchronous Digital Hierarchy sinhrona digitalna hijerarhija

SLED Surface LED LED sa površinskim zračenjem

SONET Synchronous Optical Network sinhrona optička mreža

SPM Self-phase Modulation sopstvena fazna modulacija

SRS Stimulated Raman Scattering stimulisano Ramanovo rasijavanje

STM Synchronous Transfer Module sinhroni način transfera

T


51

TAG Tell-And-Go switching vrsta komutiranja sa trenutnim

prenosom

TAW Tell-And-Wait switching vrsta komutiranja sa odgoñenim

prenosom

TDM Time Division Multiplexing vremensko multipleksiranje

TEC Thermo Electric Cooler rashlañivač

TFF Thint Film Filter filteri proizvedeni tehnologijom tankog

filma

TWA Travelling Wave Amplifier poluprovodničk pojačavač sa

progresivnim valom

V

VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting

Lasers

laseri sa vertikalnom rezonantnom

šupljinom koji zrače iz površine

VDSL Very-high-data-rate Digital Subscriber

Line

pretplatnička linija sa brzim prijenosom

podataka

W

WAN Wide Area Network mreža za šire područje

WDM Wavelenght Division Multiplexing valno multipleksiranje

WWDM Wideband WDM širokopojasni WDM

X

XPM Cross-Phase Modulation unakrsna fazna modulacija

Z

ZWPF Zero Water Peak Fiber vlakno bez “vodenog grebena”


52

8. Popis slika i tabela

Redni broj Naziv slike Stranica

Slika 1.1 Historijski pregled 2

Slika 1.2 Optoelektronska i optička konverzija 3

Slika 2.1 Princip rada WDM-a 4

Slika 2.2 Primjer gustine valnog multipleksiranja 5

Slika 2.3 Valno multipleksiranje 6

Slika 2.4 Primjer višebojnog svjetlosnog mulitpleksiranja 9

Slika 2.5 Raširenost CWDM prenosnog sistema 10

Slika 2.6 Šematski prikaz upotrebe CWDM sistema u krugu s odvajanje 10

Slika 2.7 Raspored valnih dužina definisan preporukom ITU – T G.694. 11

Slika 2.8 Diskretni i integrisani filteri 12

Slika 2.9 Primjer CWDM mreže sa više čvorova 13

Slika 2.10 Wideband WDM 14

Slika 2.11 Evolucija DWDM sistema 14

Slika 2.12a i b Princip DWDM multipleksiranja 15

Slika 2.13 DWDM klijent 16

Slika 2.14 Komponente DWDM sistema 17

Slika 2.15 DWDM sistem (tačka-tačka) 18

Tabela 2.1 Poreñenje osobina WDM, CWDM i DWDM multipleksera valnih dužina 19

Slika 2.16 Dijagram slabljenja ZWPF vlakna 20

Tabela 3.1 Zahtjevane prenosne širine kanala za pojedine Triple Play usluge 21

Slika 3.1 Topološke izvedbe FTTH/FTTx kablovskih sistema 22

Slika 3.2 Toplogije DWDM sistema 23

Slika 3.3 Prsten DWDM konfiguracija 25

Slika 3.4 Potpuno-optička mreža 27

Slika 3.5 PON pasivna optička širokopojasna mreža 28

Slika 3.6 Princip CWDM za ubrzanje PON sistema 29

Slika 4.1 Prikaz zemalja sa najvećom penetracijom FTTH/B mreža na svjetskom nivou

44

Slika 5.1 Osnovna podjela optičkih pristupnih mreža 45

Slika 5.2 Pravac razvoja pristupnih mreža 46


53

9. Literatura

[1] Kaminow, I. and Li, T.: Optical Fiber Telecommunications IVA: Compo-nents, Academic

Press, San Diego, 2007.

[2] Kaminow, I. and Li, T.: Optical Fiber Telecommunications IVB: Systems and Impa-rments,

Academic Press, San Diego, 2006.

[3] Elsenpeter, R and Velte, T,: Optical Networking: A Beginner’s Guide, McGraw-Hill/

Osborne, New York, 2008.

[4] Cameron, D.: Optical Networking-A Wiley Tech Brief, John Wiley&Sonss, Inc.,New York,

2008.

[5] www.lightreading.com

[6] D.Gvozdić and J.Radunović : "Nonstationary response of MSM photodetectors", IEEE

Trans. Electron Devices, 2006.

[7] P.Matavulj, D. Gvozdić, and J.Radunović: "The Influence of Nonstationary Carrier Transport

on the Bandwidth of p-i-n Photodiode", J. Lightwave Technol., 2005.

[8] M.Cvetković, P.Matavulj, J.Radunović, A.Marinčić: ”An InGaAs PiN Photodiode Model:

Description and Imple-mentations in the Analysis of the 1.55mm Lightwave System”, J.Opt.

Commun., 2006.

[9] P.S.Matavulj and J.B.Radunović: ”Real Single Quantum Well Laser Frequency Response”,

International Journal of Infrared and Millimetar Waves, 2007.

[10] http://www.ftthcouncil.eu/documents/press_release/GlobalRanking PressRelease-FINAL- 12.02.09.pdf [11] http://www.ftthcouncil.eu/documents/press_release/PR_EU_rankin gs_Final.pdf. [12] FTTH European Panorama, December 2008, FTTH Council Europe Conference, http://www.ftthcouncil.eu/documents/studies/Market_Data- December_2008.pdf [13] Wayne Sorin, FTTx - Next Generation Broadband Access, http://boss.solutions4theweb.com/Novera_Berkeley_FTTx_talk_Fe b17.pdf [14] Next Generation Architectures for Optical Access, Cannes, Sept. 2006, ECOC’06 www.tsc.upc.edu/gco

predav.14-valno mult. i opt

Documents