16
ПОВ состоит из светопроводящего канала (сердечника, по которому
проходит оптический сигнал), оболочки и защитного покрытия (рисунок 1).
Рисунок 1 - Структура типичного полимерного оптоволокна:
1 – сердечник; 2 – оболочка; 3 – защитное покрытие.
В качестве материала сердечника используются полиметилметакрилат
(ПММА), полистирол (ПС), поликарбонат (ПК), фторированные полимеры, в
качестве материала оболочки - полимеры, имеющие показатель преломления
немногим меньше, чем у сердечника, и хорошую адгезию к нему, например,
полифторалкилакрилаты и сополимеры фторолефинов. Следует заметить, что
хотя ПММА, ПС и ПК относят к группе аморфных термопластов, общим
внешним признаком которых является высокая прозрачность (по сравнению
с частично-кристаллическими термопластами), это не исключает наличия у
них, хотя и в незначительном количестве, кристаллической фазы. В качестве
материала защитного покрытия, повышающего механическую прочность
волокна при микроизгибах и облегчающего обращение с волокном и его
транспортирование, применяют полиэтилен (ПЭ), хлорированный ПЭ,
полиамид (ПА), поливинилхлорид (ПВХ). Диаметр сердечника ПОВ, как
правило, варьируется от 200 до 920 мкм, внешний диаметр оболочки -
обычно на 20-50 мкм больше диаметра сердечника. Свет распространяется по
сердечнику за счет эффекта полного внутреннего отражения от границы
раздела «сердечник - оболочка». Большинство ПОВ являются
многомодовыми волокнами, и по сердечнику ПОВ одновременно могут
17
распространяться более 100 лучей (мод). Показатель n преломления света
внутри сердечника может быть однородным или изменяться по радиусу, в то
время как значение n оболочки обычно является постоянным. Различают два
основных типа ПОВ:
• так называемые «степ-волокна», имеющие ступенчатый профиль
изменения значения n в поперечном сечении сердечника (рисунок 2, a);
• градиентные ПОВ с плавным (близким к параболе) профилем n
(рисунок 2, б).
Рисунок 2 - Профиль показателя n преломления в степ- (а) и градиентном (б)
полимерных оптоволокнах: 1 – сердечник; 2 – оболочка.
Существуют и одномодовые ПОВ, выпускаемые, например, компанией
Sentel Technologies (США). Сердечник таких ПОВ изготовлен из ПММА,
оболочка - из сополимера метилметакрилата со стиролом (ПММА/ПС).
Однако в одномодовых ПОВ наблюдается гораздо большее затухание
световых лучей по сравнению с одномодовыми кварцевыми волокнами, и
они лишены главного преимущества ПОВ - легкости монтажа и низкой
стоимости соединительных элементов - коннекторов. Дело в том, что при
малом диаметре сердечника требуется очень высокая точность соединения
всех элементов оптоволоконного тракта, иначе резко увеличиваются потери.
Чем больше диаметр сердечника, тем менее строги требования к точности
«стыковки» волокон, к точности изготовления соединительных элементов -
коннекторов, к точности «стыковки» волокон с конечными элементами
18
оптоволоконного тракта - излучателями и приемниками. ПОВ имеют ряд
важных преимуществ по сравнению с традиционными кварцевыми
оптоволокнами - меньшую стоимость, более высокую гибкость и меньшую
массу. Поэтому они занимают меньше места, что особенно важно, например,
для бортовых систем самолетов или при монтаже системы связи в
автомобилях. При сравнительно большом диаметре ПОВ (в типичном случае
- около 1 мм) облегчается так называемое «оконцовывание» (совокупность
операций по подготовке волокна к соединению с другими элементами
оптоволоконного тракта), снижаются требования к точности изготовления и
установки коннекторов, что, в свою очередь, уменьшает общую стоимость
оптоволоконной системы. По сравнению с кварцевыми оптоволокнами
требуется меньшее количество коннекторов, которые к тому же могут быть
изготовлены из дешевых полимерных материалов (ПМ) литьем под
давлением. Характеристики световода (полоса пропускания, оптические
потери), состоящего из двух ПОВ, при нарушении юстировки снижаются в
гораздо меньшей степени, чем у аналогичного световода, состоящего из двух
кварцевых волокон. Эксплуатация ПОВ в видимом диапазоне оптического
спектра позволяет использовать в качестве источников излучения более
дешевые лазерные диоды и светодиоды, облегчает монтаж оптоволоконной
линии связи за счет визуального контроля прохождения луча. ПОВ выходят
на первый план в локальных сетях связи со сравнительно небольшим
радиусом передачи сигналов (до 1 км). Растущей областью применения ПОВ
являются сети для подключения индивидуальных домов и офисов к
Интернету. Кабельные телевизионные сети могут быть успешно заменены на
светопроводящие сети из ПОВ, поскольку при этом расширяется полоса
пропускания при меньшем количестве кабелей.
Преимущества от применения волоконно-оптических линий связи
настолько значительны, что, несмотря на перечисленные недостатки
19
оптического волокна дальнейшие перспективы развития технологии ВОЛС в
информационных сетях более чем очевидны [19].
Для того чтобы обеспечить связь в глобальных вычислительных сетях к
сегодняшнему дню уже выработаны единые правила - технология Интернет.
1.2. Обзор перспективных систем коммутации
Существует четыре принципиально различные схемы коммутации
абонентов в сетях [20]:
Коммутация каналов (КК, circuit switching) - организация
составного канала через несколько транзитных узлов из нескольких
последовательно «соединённых» каналов на время передачи сообщения
(оперативная коммутация) или на более длительный срок
(постоянная/долговременная коммутация - время коммутации определяется
административно).
Коммутация сообщений (КС, message switching) - разбиение
информации на сообщения, которые передаются последовательно к
ближайшему транзитному узлу, который, приняв сообщение, запоминает его
и передаёт далее сам таким же образом. Получается нечто вроде конвейера.
Коммутация пакетов (КП, packet switching) - разбиение сообщения
на «пакеты», которые передаются отдельно. Разница между сообщением и
пакетом: размер пакета ограничен технически, сообщения - логически. При
этом, если маршрут движения пакетов между узлами определён заранее,
говорят о виртуальном канале (с установлением соединения). Пример:
коммутация IP-пакетов. Если же для каждого пакета задача нахождения пути
решается заново, говорят о датаграммном (без установления соединения)
способе пакетной коммутации.
Коммутация ячеек (КЯ, cell switching) - частный случай коммутации
пакетов с эмуляцией виртуальных каналов (X.25, Frame Relay, MPLS), при
коммутации ячеек пакеты всегда имеют фиксированный и относительно
небольшой размер.
20
При построении сети связи применяются средства передачи и
коммутации, обеспечивающие функцию транспортировки информации от
одной конечной точки до другой. Для обеспечения функций передачи и
коммутации используются аппаратные и программные средства управления.
Эти средства позволяют автоматизировать процессы установления
соединений между двумя пользователями. Обычно средства передачи
реальной сети связи, коммутации и управления распределены в пространстве
[26].
Как правило, сеть, содержит множество коммутационных станций,
которые распределены территориально и связанны между собой
межстанционными линиями передачи.
Сетью связи называется совокупность технических средств, которые
обеспечивают передачу и распределение сообщений. По типу электросвязи
сети могут быть телефонными, телеграфными, передачи данных, передачи
газет, телевизионного вещания и радиовещания. В зависимости от характера
передаваемых сообщений все сети связи можно разделить на два вида:
1) сети передачи индивидуальных сообщений, предназначающаяся для
передачи сообщений, имеющая частный, индивидуальный характер, т.е.
представляющая интерес для отдельных клиентов (телефонная, телеграфная,
факсимильная и передачи данных);
2) сети передачи массовых сообщений, обеспечивающая передачу
сообщений, имеющая массовый характер, т.е. представляющая интерес
одновременно для большого числа людей (сети звукового и телевизионного
вещания, а также сети передачи газет).
Большинство функционирующих на территории России сетей являются
сетями общего пользования, т.е. каждый пользователь может их
использовать для передачи и приема либо только для приема различных
сообщений.
21
Одним из важных требований, предъявляемых к сетям для передачи
индивидуальных сообщений, это то, что сеть должна обеспечивать каждому
клиенту возможность в любое время связываться с другими клиентами.
Чтобы выполнить это требование сеть связи строится по некоторому
определенному принципу в зависимости от условий функционирования.
Поэтому, сети связи могут обладать различной структурой, т.е. отличаться
числом и положением узловых, оконечных пунктов (станций) и характером
их взаимосвязи.
Существует несколько способов построения сети связи:
полносвязный (рисунок 3, a) по принципу «каждый с каждым»;
радиальный (рисунок 3, б);
радиально-узловой (рисунок 3, в);
кольцевой (рисунок 3, г);
комбинированный (рисунок 3, д).
Рисунок 3 - Способы построения сетей связи
Модернизация сетей связи на базе новых систем коммутации не может
происходить одномоментно. При этом необходимо обеспечить бесшовный
переход на новые системы коммутации, включая взаимодействие старых и
новых систем коммутации, оказание существующих услуг на новых системах
22
коммутации, выполнение установленных требований, например, в части
выполнения функций СОРМ [27].
1.3. Перспективные направления модернизации
Развитие рынка телекоммуникационных услуг неизбежно ведет к
расширению требуемой полосы пропускания для получения абонентом
современных услуг. Для абонента наиболее интересен набор услуг,
включающий как голосовые сервисы, так и услуги передачи различных типов
данных, сразу для нескольких устройств. Для качественного предоставления
услуг оператор связи должен обеспечить гарантированное качество
обслуживания внутри ядра телекоммуникационной сети, а также
достаточную полосу пропускания на участке доступа.
Таким образом, сегодня оператору связи необходимы масштабируемые
решения универсального доступа и агрегации, отвечающие запросам
абонентов частного и корпоративного сектора.
Дополнительным преимуществом современных решений
широкополосного доступа (ШПД) может быть не только обеспечение услуг
Triple Play, но и предоставление механизма простого и гибкого управления
услугами.
Технологии ШПД зависят, в первую очередь, от физической
инфраструктуры транспортной среды, которой располагает оператор связи.
Многие компании предлагают операторам для построения проводных
сетей ШПД использовать следующие технологии.
VDSL2. Технология позволяет увеличить полосу пропускания с
использованием существующей инфраструктуры абонентского доступа
(медные линии). VDSL2 обеспечивает высокую скорость передачи данных на
коротких линиях, при этом узлы доступа должны размещаться в
телекоммуникационных шкафах как можно ближе к абонентам. Также
предлагается использовать технологию векторинга.
23
Fnx. Для построения новых сетей доступа операторы связи применяют
волоконно-оптическую среду передачи данных. Сегодня это наиболее
распространенный способ подключения к сетям ШПД как в частном, так и в
корпоративном сегменте. Технология FTTx позволяет решать разнообразные
задачи на различных участках сети доступа.
Конфигурация FTTH ("оптика до квартиры") реализует архитектуру,
где каждому абоненту предоставляется выделенная линия ВОЛС от узла
доступа к домашнему оборудованию СРЕ.
Решения FTTB ("оптика до здания") и FTTC ("оптика до
распределительного шкафа") позволяют быстро развернуть сеть доступа за
счет повторного использования медной инфраструктуры непосредственно до
дома или квартиры абонента. Узел доступа может размещаться в
специальном телекоммуникационном шкафу в подъезде или техническом
помещении многоквартирного дома или в шкафу уличного исполнения в
непосредственной близости частных домов в сельской местности, что
позволяет сократить линию до абонента, а значит и увеличить полосу
пропускания за счет использования технологии VDSL2.
GPON. Распределительная сеть доступа Gigabit PON позволяет
реализовать топологию "один ко многим" с большим количеством
абонентских узлов, подключенных к одному приемопередающему модулю с
помощью оптоволоконных кабелей с пассивными оптическими
разветвителями на узлах.
Применение GPON эффективно в крупных городах, где затраты на
развертывание сети компенсируются количеством подключаемых узлов. К
недостаткам технологии относится отсутствие резервирования в топологии
дерева.
Технологии проводного широкополосного доступа активно
применяются при строительстве новых сетей, а также помогают операторам
решить не менее важную задачу - модернизацию существующих сетей связи.
24
Большинство компаний придерживается следующего подхода к
реализации задачи модернизации сельских и городских сетей связи: по мере
развития сетей ШПД и повышения их надежности узлы доступа могут
удаляться от коммутационного ядра настолько, что позволяют отказаться от
функции коммутации на уровне местных сетей, что снижает как
капитальные, так и эксплуатационные расходы операторов связи. С другой
стороны, сокращение расстояния между узлами доступа и конечными
пользователями повышает эффективность использования на данном участке
семейства технологий xDSL, которые, как уже упоминалось выше, позволяют
повторно использовать медную инфраструктуру существующих сетей
доступа для предоставления абонентам современных услуг.
Услуги передачи данных требуются абонентам не только в городах с
развитой сетевой структурой, но и в сельской местности, где небольшая
плотность населения заставляет операторов связи искать экономичные
решения.
Наиболее подходящим вариантом являются компактные узлы доступа,
устанавливаемые внутри или вне помещений, максимально адаптированные
к условиям эксплуатации в сельских сетях связи. При разработке и
внедрении требуется многолетний опыт эксплуатации оборудования в
сельских сетях, что позволяет качественно проработать все детали решения:
от возможности подключения к сельским системам электропитания до
обеспечения связи в автономном режиме работы [21].
Разрабатываемые решения представляют собой
телекоммуникационные шкафы внутреннего и уличного исполнения,
которые включают активное оборудование телефонного и широкополосного
доступа.
В заключении первой главы можно сделать вывод, что сетевые
технологии не стоят на месте и постоянно совершенствуются. И, что
модернизация сети нужна примерно каждые 10 лет, а замена
25
коммутационных узлов каждые 5 лет. Своевременная актуализация
состояния оборудования и самой локальной сети способствует повышению
качества ее функционирования и обеспечивает новый качественный уровень
защиты конфиденциальной информации.