Sieci całkowicie optyczne

Infrastruktura sieci optycznej przybliżyła się do użytkownika końcowego za sprawą rozwoju wielu optycznych technologii dostępowych klasy FITL (Fiber In the Loop) jako: FTTB (Fiber to the Building), FTTC (Fiber to the Curb), FTTH (Fiber to the Home), FTTO (Fiber to the Office), FTTD (Fiber to the Desk), FTTW (Fiber to the Work Station). Ze względu na sposób realizacji tych sieci dzielą się one na sieci aktywne AON (Active Optical Network) tworzone z wykorzystaniem zwielokrotnienia w dziedzinie czasu TDM oraz sieci pasywne PON (Passive Optical Network) niezawierające elementów aktywnych. Sieci PON operują wyłącznie w warstwie optycznej z wykorzystaniem gęstego zwielokrotnienia DWDM i techniki dzielonego dostępu do tego medium, głównie z wykorzystaniem technologii zwielokrotnienia DWDM.

Rozwój całkowicie optycznych sieci pakietowych przebiega w kierunku ujednolicenia drugiej i trzeciej warstwy modelu odniesienia OSI w jeden protokół MPLS (MultiProtocol Label Switching). Wypiera on w rdzeniu sieci tradycyjne protokoły ATM i Frame Relay, a proces - najbardziej widoczny dzisiaj w sieciach szkieletowych - migruje stopniowo do sieci dostępowych. Technologia MPLS jest obecnie najczęściej użytkowana przez protokół IP podczas tworzenia ścieżek wirtualnych LSP (Label Switching Paths). W przypadku tej metody pakiety skojarzone z określoną ścieżką są identyfikowane za pomocą etykiet doklejanych do nagłówków pakietów, a rutery z protokołem MPLS mają odpowiednie tabele kierujące pakiety do właściwych portów. Poza klasyczną obsługą transmisji protokół MPLS gwarantuje wymaganą jakość połączeń QoS, może też wspomagać inne usługi transportowe w sieciach wirtualnych VPN (Virtual Private Network).

Wraz z rozwojem technologii DWDM wzrasta znaczenie protekcji i przełączania sygnałów wykonywanych za pomocą uniwersalnego protokołu GMPLS (Generalized Multiprolotcol Label Switching). Aby to przełączanie dokonywało się niezależnie od szybkości i formatu przesyłanych danych, w sieciach optycznych stosuje się obecnie całkowicie optyczne przełącznice światła OXC (Optical Cross Connect) oraz optyczne multipleksery dostępowe OADM (Optical ADM). Złożony sposób transmisji fal optycznych o wysokich przepływnościach przez kable optyczne wymaga rozwiązania wielu problemów natury materiałowej, falowej, optycznej i teletransmisyjnej (filtry, łączniki, tłumienie, wzmocnienie, dyspersja, komutacja, przełączanie, właściwości nieliniowe włókna, inne), możliwych do spełnienia jedynie w bardzo rozbudowanych, kompletnych platformach optycznych i dostarczanych przez nielicznych producentów sprzętu. Uzyskanie rekordowych przepływności transmisji wymaga zastosowania najnowszych technologii (wzmacniacze Ramana, specjalne światłowody, stabilizacja temperaturowa), podczas gdy komercyjne rozwiązania pozostają w tyle za osiągnięciami laboratoryjnymi (kilkadziesiąt Tb/s). Komercyjnie dostępne platformy optyczne obecnie umożliwiają transmisję z szybkością ok. 2 Tb/s, a w testach uzyskuje się przepływności powyżej 10 Tb/s.

Teoretyczne oszacowanie maksymalnej szybkości transmisji we włóknie szklanym musi obejmować zjawiska nieliniowe związane z mieszaniem fal świetlnych we włóknach światłowodowych (mieszanie czterofalowe). Powodują one, że sygnał świetlny nie rozprzestrzenia się w włóknie ze stałą szybkością, podobnie jak w swobodnej przestrzeni. Nietypowe zjawisko zachowania się fal optycznych w środowisku nieliniowym fizycy optoelektroniki nazywają „odpowiedzią nieliniową” medium. W jej wyniku część sygnału przesyłanego przez włókno zamienia się w szum, a w konsekwencji dokładne obliczenie szybkości przesyłania danych przez włókno światłowodowe jest kłopotliwe. Przez zastosowanie analogii do fizyki kwantowej, a także pewnych koncepcji z teorii informacji oszacowano (Bell Labs), ile danych można przesłać ze stacji nadawczej do stacji odbiorczej przy użyciu systemów wykorzystujących technologię zwielokrotnienia w dziedzinie długości fali. Przy zastosowaniu długości fal i parametrów używanych obecnie w światłowodach i sieciach telekomunikacyjnych jest teoretycznie możliwy przekaz z szybkością do 100 Tb/s w jednym włóknie bez pojawiania się nadmiernych szumów lub zakłóceń między kanałami.

W tworzeniu platform optycznych coraz większą rolę odgrywa nie tyle technologia i sposób zwielokrotnienia DWDM, ile kompleksowe zarządzanie platformą optyczną gwarantujące wysoki stopień niezawodności systemu QoS, nawet jeśli powoduje to częściowe obniżenie przepływności użytkowej. Platformy zwielokrotnienia falowego muszą ponadto mieć funkcję samooceny jakości poszczególnych kanałów i włókien w łączu światłowodowym. Powinny też mieć zdolność do natychmiastowego i automatycznego podjęcia decyzji o przełączeniu strumieni przesyłanych danych na inne kanały bądś trakty. W wyniku istotnego pogorszenia się warunków transmisji (z całkowitą utratą połączenia włącznie) powinny one automatycznie uzgodnić alternatywne drogi przekazu.