1.2 Сурет.Талшықты – оптикалық кабель мен мысты кабельдердің сұранысының графигі

1.2.1 Талшықтық – оптикалық байланыс желілерінде қолданылатын технологияларға шолу

Қазіргі уақытта оптикалық талшықта тарату ретінде глобальды байланыс желілерінің үш технологиялары кең қолданысқа ие: PDH – плезиохронды цифрлықиерархия, SDH/SONET – синхронды цифрлық иерархия және WDM – толқындық мультиплексрлеу технологиясы.Алғашқы екі технология (PDH и SDH) жергілікті желіде кең қолданысқа ие. SDH технологиясы мүмкіндігінің жоғалмауы мен қымбаттылығы әсерінен WDM технологиясына қолданылмайды.Біздің елімізде транспорттық желілер құру үшін негізінде алғашқы екі жүйе PDH және SDH кең қолданыс тапқан.

WDM транспортты технологиялары ұсынатын физикалық деңгейдің (модель OSI) интерфейстерін пайдаланудың арқасында оптикалық тарату ортасын пайдаланатын (АТМ және GBE – Gigabit Ethernet – гигабитті Ethernet), технологияларынан басқа тек сонгы екі (ATM және GBE) технологиялар глобальды технологиялар ретінде қарастырылатын болды (ең алдымен бұл АТМ қатысты).Қазіргі уақытта талшықты байланыс жүйелеріндегі WDM дамуының жүзеге асуы болмағандықтан, сонымен қатар айтылған технологиялардың талшықты-оптикалық байланыс технологиялары ретінде қарастырылмайды.Төменде PDH және SDH технологиялары және WDM технологиялары толықтай көрсетілген.

Уақыттық мультиплексрлеудің цифрлық әдісін пайдаланғанда мультиплексорды бірінші деңгейде 64 кбит/с тарату жылдамдықтағы кіріс сигналдары ретінде (немесе DS0) n х 64 кбит/с жылдамдықтағы біріншілік цифрлық ақпараттар ағынын қалыптастыра отырып қолданады.Bell D2 жүйесі үшін 24 х 64 кбит/с = 1536 кбит/с информациялық ағынды, ал CEPT – 30 х 64 кбит/c = 1920 кбит/с, осыларға 8 кбит/с каналдар қосылады (D2 үшін) немесе ОЦК екі каналы (CEPT үшін), синхронизацияны жүзеге асыру, және сигнализация мен қателікті бақылау үшін (CRC).Нәтижесінде біріншілік ағын қайталанатын топтардан және осылардың әрқайсысы фрейм немесе цикл құрылымына ие болады.Bell D2 жүйесінде Т1 (1544 кбит/с) фреймі қалыптасады, ал CEPT жүйесінде – фрейм E1 (2048 кбит/с).Егерде m:1, l:1, k:1..., типтегі мультиплексорды қолданатын, мултиплексерлеудің бұл деңгейін каскадтық сұлбада біріншілік, мультиплексорлаудың екіншілік, үшіншілік және де басқада деңгейлер деп есептесек, онда цифрлық тарату жылдамдығының иерархиялық топтарын немесе цифрлық иерархияларды қалыптастыруға болады.Бұлар мультиплексерлеу процессін немесе арналардың тығыздалуын шығысындағы дәйекті каскадтар үшін әртүрлі мультиплексерлеу коэффициенттерін таңдау арқылы DS0 каналдар санын қажетті деңгейге жеткізуге мүмкіндік береді.

SONET/SDH синхронды желілік технологиялары пайда болмастан бұрын құрастырылған және енгізілген цифрлық желілер негізінен асинхронды желілер болған, өйткені орталық тірек көзінен сыртқы синхронизацияны пайдаланбаған.Бұларда бит жоғалтулары (немесе олардың нақты локализацияланбау мүмкіндігі) ақпараттардың жоғалуына ғана емес, сонымен қатар синхронизацияның да бұзылуына әкеліп соқтырды.

SDH технологиясы.Синхронды оптиқалық – талшықты желілердің стандартталуының қажеттілігі тек плезиохранды желілердің кемшілектері анық болған кезде және SDH үшін жабдықтарды өндеу мен өндіру толығымен жүріп жатқан кезде туды.Телекоммуникациялық операторлар бұл жағдайды бірінші түсінді.Әртүрлі өндірушілердің жабдықтарын сәйкестендіру үшін жасалынған қадамдар оңтайлы нәтижелерге әкелген жоқ.1984 жылдың басында АҚШ-та тарату жүйелерінің сәйкестендірілуі бойынша Форум болды, ол Америкалық Ұлттық Стандарттар институтына (ANSI) оптикалық-талшықты желілер бойынша синхронды тарату үшін арнайы операцияларды тезірек қабылдау туралы өтінішін білдірді.Бұл стандарттаудың мақсаты – әртүрлі өндірушілердің жабдықтарын оптикалық интерфейстер деңгейінде орайластыру.Бұл мәселе ANSI-ң екі комитетінің: цифрлық иерархия синхронизациямен жұмыс істейтін Т1Х1, сонымен қатар желілік әкімшілік басқару мен жұмысқа пайдалану сұрақтарын шешетін Т1М1-ң алдына қойылады.Бұл комитеттердің жасаған жұмыстарының нәтижесінде 45 Мбит/с тарату жылдамдығына негізделген SYNTRAN деп аталынатын стандарттың алғашқы нұсқасы жасалынды.Алайда уақыт өтісімен, өндірушілер жаңа жүйелерді ойлап тапты.АТ&Т компаниясы ең жаңа технологиялар негізінде METROBUS жүйесін ойлап шығарды, оның тарату жылдамдығы енді 150 Мбит/с құрады.1985 жылы Т1Х1 комитеті Bellcore компаниясының ұсынысымен оптикалық интерфейспен қатар сигналдың форматы мен оның тарату жылдамдығын анықтайтын, синхронды жнлі концепциясына негізделген SONET (Synchronous Optical Network) бір бүтін ретінде стандартты шығару шешімін қабылдады.Қазіргі уақытта біріншілік байланыс желісінде мультиплекстеу технологиясының дамуындағы анық тенденция PDH-тен SDH-ке өту болып табылады.SDH технологиясы цифрлық біріншілік желі құрылуының заманға сай концепциясы болып келеді.Қазіргі уақытта осы концепция нарықты басып алуда.

SDH технологиясын PDH технологиясымен салыстыра отырып, SDH технологиясының мынадай ерекшеліктерін бөліп көрсетуге болады:

-1синхронды тарату және мультиплекстеудің алдын алады.SDH біріншілік желінің элементтері синхронизация үшін бір беруші генераторын пайдаланады;

-1SDH-ң кез келген деңгейінде қадамдық демультиплекстеу үрдісінсіз PDH-ң тым жүктелген ағынын бөліп көрсетуге болатындай, PDH ағындарын тікелей мультиплекстеудің және демультиплекстеудің алдын алады.

-1тікелей мультиплекстеу үрдісі сонымен қатар енгізу/шығару үрдісі деп те аталады;

-1стандартты оптикалы және электрлік интерфейстерге сүйенеді, бұл әртүрлі өндіруші фирмалар жабдықтарының ең жақсы сәйкестігін қамтамасыз етеді;

Синхронды желілердегі барлық жергілікті таймерлердің орташа жиілігі орталық таймерді, дәлдігі 10-9 кем емес(мысалы DS3 үшін 0,045 бит/с реттегі жылдамдықтан ауытқуы)қолданудың арқасында бірдей (синхронды) немесе синхронға жақын (плезиохронды).Бұл жағдайда фреймдар немесе мультифреймдарды теңестіру диапазондарды теңестіруге қарағанда маңызды емес.Сонымен қатар белгілі бір ағын фрагменттерін бөлу жағдайлары (мысалы, 17 E1 арнасы) жеңілдетіледі, егерде фреймді инкапсуляциялайтын сұлбаға осы фрагменттің басын енгізетін болсақ.Көрсеткіштерді пайдалану контейнер- таратқыштардың ішкі құрылымын жеңіл тұтастыруға мүмкіндік береді.Буферлерге көрсеткіштерді сақтау (фрейм тақырыпшасына немесе мультифреймде) және олардың қателіктерді түзеу қорғаныстық кодалары желі арқылы жіберілетін пайдалы жүктемені ішкі құрылым арқылы локализациялайтын сенімді жүйені алуға мүмкіндік береді (фрейм, мультифрейм немесе контейнер).

Ұсынылған түсініктер синхронды желілердің қолданылатын асинхрондауға қарағанда біршама артықшылықтары бар екенін көрсетеді, ішіндегі маңыздылары келесі:

 жеңілдетілген желілер, синхронды желілердегі бір кіріс-шығыс мультиплексоры шығаруға(енгізуге), мысалы Е1 сигналы (2 Мбит/с) STM-1 модулінен шығып қондырғы мен оны орнату жерінен үнемдей отырып барлық PDH мультиплексорының “тізбегінің” орнын басады;

• сенімділік және қайта қалпына келу желісі, біріншіден желі электромагниттік кедергі әсерлеріне ұшырамаған талшықты-оптикалық кабелін қолданады, екіншіден желі біреуі зақымданған кезде бірден қосылуға мүмкіндігі барсигналдарды таратудың екі альтернативті жолын пайдалануға рұқсат ететін, сонымен қатар зақымданған орталық желіні тексеріп шығу, архитектурасы және оңтайлы басқарылуы қорғалған жұмыс режимімен қолдануға мүмкіндік береді, осы қасиеттер бұл желілерді қайта қалпына келтіруші етеді;

• желілерді басқару икемділігі, элементтік менеджмент пен желілік деңгейдегі иерархиялық басқару жүйесінің біршама кеңжолақты арналар санымен негізделген;

• талаптарға сәйкес өткізу жолақтарының бөлінуі – сервис, бұрын тек алдын ала жоспарланған уағдаластық арқылы жүзеге аса алатын (мысалы, бірнеше күн бұрын) енді азғантай секунд ішінде басқа арнаға (кеңжолақты) қосылу арқылы жүзеге аса алады;

• кез келген трафикті тарату үшін айқындық – факт, виртуалды контейнерлерді трафикті жіберу үшін негізделген, басқа технологиялармен, соның ішінде ең заманауи технологиялар мен жабдықталған: Frame Relay, IP, ISDN және ATM;

• қолдану ерекшелігі – технология бірнеше локальды желілерді топтастыруға арналған, глобальды желілерді құру немесе глобальды магистралдарды және сақиналық корпоративтік желілерді жасау үшін пайдалануы мүмкін;

• қуатты арттыру қарапайымдылығы – универсалды тіреуі бар аппаратураларды орнату үшін келесі жоғары жылдамдықты иерархия жаңа (үлкен жылдамдыққа арналған) блок-карталарды орнату арқылы жүзеге асады.

PDH технологиясы бүгінгі таңда иерархиялардың үш түрі белгілі: Солтүстік Америкалық,Жапондық және Еуропалық.Еуропада иерархияның біріншілік жылдамдығы ретінде 2048 Кбит/с жылдамдығы қабылданды.Бұл DS0 (8 кГц жиілікпен алынған сигналдың дискреттік санағы 8 биттік тізбектілікпен кодаланып(квантталып), 8 кГц * 8 бит =64 Кбит/с тең болғандағы цифрлық сигналдың аты) ақпараттық 30 сигналды кадрға қажетті сигналмен және басқарушы ақпаратпен бірге жинаған кездегі нәтиже.Жапонияда 30 арнаның орнына 24 арна комбинациясынан түзілген 1544 Кбит/с-на тең біріншілік жылдамдық қабылданды.Бұл иерархиялар плезиохронды цифрлық иерархия (PDH) деген атқа ие болды, өйткені мультиплекстелетін ағындар синхронды болмады және олардың жылдамдықтары биттік тізбектіліктің әрқайсысын түзетін тактілік генераторлардың рұқсат етілген тұрақсыздықтың шектерінде бірдей болмады.Сондықтан осындай ағындарды мультиплекстеу кезінде жылдамдықтарды орайластыру үшін биттерді қосу немесе алып тастауды жүзеге асыру қажет болды.

PDH технологиясының бірқатар кемшіліктері бар, оларды айта кетсек:

-1аралық пункттерде цифрлық ағындардың кіріс/шығысының қиын болуы;

-1желілік автоматты түрдегі бақылау мен басқару құралдарының болмауы;

-1синхронизациялаудың көп сатылы қалыпқа келуі айтарлықтай ұзақ уақыт қажет етті.

PDH кемшіліктеріне, сонымен қатар, желідегі ағынды бақылау мен басқару мақсаттары үшін қызметтік арналарды ұйымдастыруда мүмкіндіктерінің әлсіздігін және де мәліметтерді тарату желілерінде қолдану үшін өте маңызды орын алатын төменгі сатыдағы мультиплекстелген ағындардың маршрутизация құралдардың болмауын жатқызуға болады.

-1PDH жүйесінің еуропалық және америкалық иерархияларын біріктіруге мүмкіндік береді, PDH-ң бар жүйелерімен толық сәйкестігін қамтамасыз етеді, сонымен қатар тарату жүйелерінің болашақтағы дамуына мұмкіндік береді, өйткені АТМ, MAN, HDTV және басқа тарату үшін жоғары өткізу қабілеті бар арналарды қамтамасыз етеді.

-1біріншілік желіні ең жақсы түрде басқарумен және өзін-өзі тексерумен қамтамасыз етеді.SDH технологиясы қанша болса да тармақталған біріншілік желіні бір орталықтан басқаруға мүмкіндігі мен қамтамасыз етеді.

АТМ технологиясы әртүрлі трафик типтерін – дыбыстық, видео және цифрлық мәліметтерді таратуға арналған.Бұл кезде әрқайсысы қажетті жіберу мүмкіншілігімен қамтамасыз етіледі де өз кезегінде мәліметтер таратуында ұсталымдар болған кезде сезімталдықты жеткізіп отырады.АТМ технологиясының негізгі трансляция ұяшықты коммутацияланған желі мен байланысты орнату.Сонымен қатар АТМ технологиясы жоғары жылдамдықты локалды желілерін құру үшін және дәстүрлі локалды желіден қосушы желілік магистральдарда (АТМ ортасында локальды есептеуіш желіт эмпульсия технологиясында) қолданылады.АТМ-ді стандарттаушы ұйымдар АТМ өнімдерін әртүрлі өндірушілердің өнімдерімен сәйкестендіретін стандарт ойлап тапты.АТМ дәстүрлі желілік құрылғымен, тарату ұяшығы бар желі.Тарату ұяшығы бар желілер арқылы мәліметтер онша үлкен емес дестелі бекітілген өлшемді ұяшық арқылы беріледі.Ал қолжетімділік ортасы бөлінген желілерде мәліметтерді тарату ауыспалы ұзындықтағы үлкен дестелер-кадрлар арқылы жүргізіледі.Әрбір құрылғы АТМ желісіне қосылғанда (жұмыс станциясы, сервер, маршрутизатор) АТМ коммутаторының жеке портына қосыла алады.Ал ұяшықтарды таратудың күту уақытын төмендету үшін, оның өлшемі айтарлықтай аз болуы керек.Бірақ ұяшықтың кіші өлшемі ұяшықтарды тарату арасындағы интервал есебінен таратуға шығындар саны көбейіп кетуі мүмкін АТМ-нің ұяшық өлшемі 53 байтты құрайды оның 48 байтты мәліметтерге, ал 5 байты қызметті ақпаратты ұяшық тақырыбына беріледі.

Қазіргі кезде талшықты – оптикалық байланыс желісін пайдалану кезінде WDM/DWDM технологиялары кеңінен пайдаланылады.WDM–бұл арналардың 18 спектральды тығыздалу (англ. Wavelength-division multiplexing, WDM, толқын ұзындығы арқылы мультиплексерлеу) — бір уақытта әртүрлі жиіліктегі бірнеше ақпараттық каналдарды таратуға мүмкіндік беретін технология.WDM технологиясы арналардың өткізу қабілетін үлкейтуге (2003 жылға қарай жылдамдық 10,72 Тбит/с, ал 2012 — 20 Тбит/с), бұл сонымен қатар жүргізілген талшықты-оптикалық желілерді пайдалануға мүмкіндік береді.

WDM технологиясы арқасында екі жақты көп арналы трафиктерді бір талшық арқылы таратуға болады.DWDM – жүйесінің артықшылығы болыпжоғары жылдамдықты сигналдарды алыс қашықтарға аралық пункттерді қолданбастан жіберіу мүмкіндігі(сигнала регенерациясы және аралық күшейткіштер).Бұл артықшылықтар сирек қоныстанған жерлерге мәліметтерді таратуда өте қажетті.

Байланыс желілерінің өткізу қабілетінің жоғарлауы жыл сайын артады, және бұл алдағы 10 жыл ішінде төмендеуі екі талай.Сонымен қатар бұл талап географиялық тұрғыда кең таралуда.Жеткізушілерге бағаны төмендету, елдің телекоммуникация және интернетті пайдалануға деген қызығушылықтағы монополиялық позицияда әлсіреуі тарату жылдамдығына деген сұранысты үлкейтеді.Қазіргі уақытта DWDM технологиясы өткізу жолағының экономикалық өсуінің жоғарлауын қамтамасыз етеді, ал практикада өзінің сенімділігін көрсетеді.Көп жағдайларда DWDM технологияларын пайдаланудың арқасында оптикалық байланыс желілерінің өткізу қабілеті жүз есе артуы мүмкін.

Спектральды технологияның, немесе оптикалық тығыздалудың негізі көптеген SDH сигналдарын бір талшық арқылы құру мүмкіндігі, яғни байланыс желілерінің өткізу қабілетінің жоғарлауында.

Алғашында мультиплексті жүйелер зертханалық зерттеулер жүргізу үшін жасалды, тек 1980 жылы спектралды тығыздалу технологиясы (Wavelength Division Multiplexing, WDM) телекоммуникация үшін ұсынылды.Ал бес жылдан кейін зерттеу орталығының AT&T компаниясында спектралды тығыздалу технологиясы жүзеге асыру арқылы (Dense Wavelength Division Multiplexing, DWDM), бір оптикалық талшық ішінде 2 Gbps-тан 10 арнаны құруға мүмкіндік болды.Бұл адам көзіне көрінетін жарықты DWDM технологиясы арқылы таратып және қайта жинақтауға болатын әртүрлі түстерден тұратын жарық негізінде жүреді, ол әртүрлі толқын ұзындықтарынан тұрады (1.3 сурет).