ОГЛЯД СУЧАСНИХ ТЕХНОЛОГІЙ DWDM

Технологія щільного хвильового мультиплексування каналів DWDM призначена для створення оптичних магістралей нового покоління, що працюють на мультигігабітних та терабітних швидкостях. На відмінну від морально застарілої технології SDH, DWDM використовує принципово інший метод мультиплексування – інформація в оптичному волокні передається великою кількістю світлових хвиль[1].

Найбільш сучасні технології DWDM, що використовується на території України є технології, що використовують покращену конвертизацію оптика-електроніка-оптика (O-E-O). В основу даної технології покладене використання фотонних інтегральних схем (PIC), що дозволяють створити компактне та надійне обладнання з оптично-електронним, та електронно-оптичним перетворенням сигналів. Крім використання PIC сучасні технології мають в своєму складі мультисервісні та комутуючі платформи, системи GMPLS-автоматизації, та вбудовані інструменти OTN-маршрутизації[2].

Переваги технології O-E-O наступні[3]:

• Цифрові технології: Економічний спосіб конвертації О-Е-О на основі технології PIC дозволяє домогтися перерозподілу і призначення частот sub-lambda в каналі 10 Гбіт/с, а більш простих сервісів в 500-гігабітні суперканали; цифрові засоби моніторингу продуктивності та цифрова діагностики на всіх ділянках мережі покладають модель підключення plug and play;

• Віртуалізація смуги пропускання - можливість перетворити мережу в набір ресурсів, доступних для будь-якого сервісу в будь-якому місці, що дозволяє спростити процеси планування, підвищення ефективності смуги пропускання і швидке забезпечення сервісів;

• Інтелектуальний рівень управління: заснований на GMPLS, здатний виконувати автоматичне дослідження топології мережі, забезпечувати сервіси і захист при часу відгуку нижче 50 мс. Також GMPLS підтримує змішані топології, що дозволяє добитися високої ефективності і стійкості;

• Конвергенція мережі: Інтегруючи WDM-трансмісії, OTN-комутацію і можливість модернізації до MPLS-комутації, можна домогтися скасування сотні непотрібних компонентів, і знизити споживання електричної потужності і простору.

Визначивши переваги технології O-E-O більш детально розглянемо її основний елемент – фотонну інтегральну схему. Фотонна інтегральна схема концептуально дуже схожа на електронну мікросхему. У той час як остання об'єднує багато транзисторів, конденсаторів і резисторів, PIC об'єднує безліч оптичних елементів, таких як лазери, модулятори, детектори, атенюатори, мультиплексори/демультиплексорів і оптичних підсилювачів. Фотонні інтегральні схеми, як і їхні електронні аналоги, розширили область інтегрування так, що більше десятка або більше різних оптичних компонентів інтегруються в одному пристрої.

Фотонні інтегральні схеми поділяють за функціональністю на пасивні і активні[4]. Пасивні PIC, як правило, побудовані з використанням кремнію і інтегрують наступні компоненти, такі як фільтри, хвильові мультиплексори, відгалужувачі, і фотонні комутатори. Вони не створюють або посилюють світло, тобто не містять оптико-електронних перетворювачів. Активні PIC, навпаки, інтегрують оптико-електронні компоненти з оптико-електронними перетворювачами, такі як лазери, модулятори, PIN-детектори та підсилювачі. Також, активні фотонні інтегральні мікросхеми можуть включати до свого складу пасивні PIC. Активні PIC, що використовуються для взаємного перетворення електронних та оптичних сигналів, побудовані з використанням з'єднань напівпровідникових матеріалів, таких як фосфіду індію (InP), так що вони можуть генерувати, посилювати або детектувати світло.

Сучасні виробники DWDM обладнання використовують активні та пасивні PIC в своїх продуктах. Зазвичай кожний окремий модуль обладнання містить в своєму складі дві активні фотонні інтегральні схеми, так наприклад оптичний груповий сигнал перед демультиплексуванням перетворюється на електричний, котрий в свою чергу і демультиплексується на 10 лямбд, в свою чергу після мультиплексування електричний сигнал перетворюється на оптичний і передається в лінію. Зазначимо, що саме PIC елементи забезпечують рознесення спектральних каналів на 25 ГГц.

Як і в електроніці, при створенні фотонних інтегральних схем може використовуватися, як гібридна так і монолітна інтеграція. У гібридних PIC, кілька одно функціональних оптичних приладів зібрані в одному пакеті, іноді пов'язанні електронними мікросхемами і взаємопов’язані один з одним електронними та/або оптичними з'єднаннями всередині пакету. Багато інтегрованих фотонних пристроїв, доступних сьогодні використовують гібридну інтеграцію[3].

Тим не менш, складання гібридних інтегральних компонентів може бути досить складним, оскільки багато дискретних пристрої повинні бути з'єднані між собою внутрішніми шинами з субмікронними допусками, що є ускладненням для вирівнювання оптичних компонентів. Також, при такій інтеграції виникає додаткове завдання при проектуванні, що полягає в тому, що при побудові такої складної системи, як PIC необхідно використовувати різні матеріали, що мають відмінні оптичні, механічні і теплові характеристики. Наприклад, якщо два матеріали мають різні коефіцієнти розширення, при різних робочих температурах зміщення окремих елементів буде різне, тому вони будуть вимагати різних термоелектричних охолоджувачів, що посилює складність і вартість системи. На практиці саме це обмежило використання гібридних PIC.

На відміну від гібридної, монолітна інтеграції об'єднує багато пристроїв на основі одного фотонного матеріалу. Як і в електронних мікросхемам, виробництво монолітних PIC передбачає створення пристроїв на загальній підкладці так, щоб всі фотонні з’єднання відбувалися в підкладці і функціонально всі елементи об'єднані в один, фізично унікальний пристрій.

Таблиця 1 Параметри PIC при різних типах інтеграції[4]

Як можна бачити в таблиці 1, монолітна інтеграція забезпечує найвищий рівень параметрів, включаючи значне зміцнення модулю, спрощення тестування, скорочення волокон для зв’язку, підвищення надійності і максимально можливе скорочення простору і споживаної потужності для кожного пристрою.

Саме з використанням вище наведених технологій найбільш сучасні виробники випускають обладнання хвильового мультиплексування високої щільності HDWDM, що здатне працювати за частотним планом з кроком в 25 ГГц. Використовуючи цей частотний план можливо досягти швидкості в 1,6 Тбіт/с по одній парі оптичних волокон.

Нещодавно лідер галузі розробки DWDM, а саме компанія Infinera, презентувала технологію нового покоління DTN-X, що вже підтримує швидкість передачі до 8 Тбіт/с, а при впровадженні нового обладнання обіцяють маштабовність до 24 Тбіт/с.

Література:

1. Листвин, А. В. Листвин В. Н., Швырков Д. В. Оптические волокна для линий связи / А. В. Листвин, В. Н. Листвин, Д. В.  Швырков— М.: ЛЕСАРарт, 2003. — 288 с. 

2. Олифер, В.Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер – СПб.:Питер, 2010 – 944 с.

3. The DTN in Detail [Електронний ресурс] : Infinera Corporation – Режим доступу до ресурсу: http://www.infinera.com/products/dtn_detail.html

4. PIC Technology Enabling the Digital Optical Network [Електронний ресурс]: Infinera Corporation – Режим доступу до ресурсу:

http://www.infinera.com/technology/pic.html

Науковий керівник: кандидат технічних наук,

Медвідь Микола Омелянович