Помощь студентам в учебе
Исследование вопросов организации резервирования оптических каналов в системах WDM
|
РЕФЕРАТ 2
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 6
ПЕРЕЧЕНЬ ТЕРМИНОВ 8
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Анализ научных публикаций и исследований в области
резервирования каналов WDM 12
1.1 Технология WDM 12
1.2 Резервирования на сетях WDM 29
1.3 Вывод 42
2 Разработка новых вариантов схем резервирования каналов WDM 44
2.1 Разработка схем резервирования каналов WDM 44
2.2 Выводы 51
3 Моделирование новых схем резервирования каналов WDM 52
3.1 Постановка задачи 52
3.2 Выбор программного обеспечения для моделирования 53
3.3 Разработка блок-схем резервирования оптических каналов WDM..58
3.4 Выводы 83
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 84
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 87
ПРИЛОЖЕНИЕ 92
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 6
ПЕРЕЧЕНЬ ТЕРМИНОВ 8
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Анализ научных публикаций и исследований в области
резервирования каналов WDM 12
1.1 Технология WDM 12
1.2 Резервирования на сетях WDM 29
1.3 Вывод 42
2 Разработка новых вариантов схем резервирования каналов WDM 44
2.1 Разработка схем резервирования каналов WDM 44
2.2 Выводы 51
3 Моделирование новых схем резервирования каналов WDM 52
3.1 Постановка задачи 52
3.2 Выбор программного обеспечения для моделирования 53
3.3 Разработка блок-схем резервирования оптических каналов WDM..58
3.4 Выводы 83
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 84
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 87
ПРИЛОЖЕНИЕ 92
Современный мир инфокоммуникаций базируется на транспортных технологиях сетях связи, таких как сети волнового спектрального мультиплексирования WDM (Wavelength Division Multiplexing).
Сети WDM позволяют организовать передачу как интерактивных, так и мультимедийных сервисов с поддержкой сетевых протоколов передачи (Ethernet, IP, MPLS). Передача эти сервисом может выполняться как на городских транспортных сетях, так и на магистральных сетях связи протяженность единицы тысяч километров.
К транспортным сетям WDM предъявляются достаточно высокие требования по надежности сети и по транспортировке сервисов с высоким качеством. Под качеством передаваемых сервисных сигналов понимают минимальный коэффициент ошибок на приёмной стороне сети WDM, который обеспечивается благодаря применению современных типов модуляции оптической несущей сети WDM и применению современных алгоритмов обнаружения и исправления ошибок в оптическом канале WDM,
Модуляция оптической несущей и алгоритмы обнаружения и исправления ошибок в оптическом канале, в отличии от надежности сети WDM, достаточно широко рассматривается как в отечественной, так и в зарубежной литературе.
Под надежность сети WDM понимают резервирования оптических каналов и маршрутов, резервирование оборудования и направляющей среды. Резервирование на сетях WDM, с экономической и практической точки зрения относится к сложной задаче, что сказывается на конечной стоимости оборудования.
В зависимости от поставленных задач в проектируемых сетях WDM, могут реализовываться различные варианты резервирования. В некоторых случаях, резервирования не требуется, в некоторых, требуется частичная реализация, а на крупных магистральных сетях, где передаются данные как обычных пользователей, так и данные спецслужб Российской Федерации, сети WDM
строятся со стопроцентным резервированием.
Организация резервирования на сетях WDM описывается в литературе авторами Листвин В.Н., Трещиков В.Н., Фокин В.Г., Скляров О. К., Цуканов В.Н., Довольнов Е.А. Кузнецов В.В., Миргород В.Г., Шарангович С.Н., Гордиенко В. Н., Крухмалев В. В., Моченов А. Д., Шарафутдинов Р. М., Ahmed Nabih Zaki Rashed, Abd El-Naser A. Mohamed, Hamdy A. Sharshar, Mohamed Salah Tabour, Ahmed El- Sherbeny, Каминецкий И.С.; в рекомендациях ITU-T G.680, G.695, G.698.1, G.698.2, G.808.1, G.873.1, G.873.3, а также в руководящих документах отрасли РД 45.195¬2001.
В данных источниках представлены теоретические аспекты организации резервирования оптических каналов и маршрутов, резервирования оборудования и направляющей среды, которые выражены в виде схем резервирования, реализуемых на практике.
Проводя анализ теоретических аспектов, можно говорить о том, что представленные варианты резервирования, в частности, оптических каналов WDM, имеют недостатки, такие как высокая стоимость оборудования и неэффективное использование частотного диапазона систем WDM, в частности систем плотного волнового спектрального мультиплексирования DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing). Неэффективное использование частотного диапазона обусловлено тем, что часть оптических каналов используются в качестве резервных каналов, и общая пропускная способность системы DWDM уменьшается в два раза.
Решение этих двух недостатков в рассмотренной литературе, в научно-исследовательских работах, как в зарубежных, так и в отечественных - не рассматривается, что говорит об актуальности обозначенных недостатков в рамках магистерской диссертации на тему «Исследование вопросов организации резервирования оптических каналов в системах WDM».
В качестве объекта исследования выбрана транспортная сеть связи технологии WDM, в частности DWDM. Предметом исследования является оптический канал WDM, как основной, так и резервный.
Целью магистерской диссертации является разработки новых схем резервирования оптических каналов на сетях DWDM.
В рамках поставленной цели решались следующие задачи:
- изучение технологии WDM и ее компонентов;
- обзор и анализ существующих схем резервирования оптических каналов и маршрутов в системах WDM и поиск проблем в действующих схемах резервирования;
- разработка схем резервирования оптических каналов;
- моделирование разработанных схем резервирования в графической среде OptiSystem;
- анализ результатов моделирования и оценка возможности применимости разработанных схем резервирования на практике.
Решение поставленных задач осуществлялось с использованием методов системного анализа, проектирования и моделирования.
Научная новизна работы заключается в разработке новых схем резервирования оптических каналов WDM систем.
Практической значимостью работы являются разработанные схемы резервирования оптических каналов в программе OptiSystem, которые могут применены в постановке лабораторно-практических работах по дисциплинам кафедры РЭСС в соответствии с ФГОС 3++ направления 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»; в оценке качественных показателей новых разработанных схем резервирования каналов WDM путем математического моделирования. Разработанные новые схемы резервирования каналов WDM могут применены на практике путем интеграции простейших оптических компонентов в существующее оборудование WDM.
Сети WDM позволяют организовать передачу как интерактивных, так и мультимедийных сервисов с поддержкой сетевых протоколов передачи (Ethernet, IP, MPLS). Передача эти сервисом может выполняться как на городских транспортных сетях, так и на магистральных сетях связи протяженность единицы тысяч километров.
К транспортным сетям WDM предъявляются достаточно высокие требования по надежности сети и по транспортировке сервисов с высоким качеством. Под качеством передаваемых сервисных сигналов понимают минимальный коэффициент ошибок на приёмной стороне сети WDM, который обеспечивается благодаря применению современных типов модуляции оптической несущей сети WDM и применению современных алгоритмов обнаружения и исправления ошибок в оптическом канале WDM,
Модуляция оптической несущей и алгоритмы обнаружения и исправления ошибок в оптическом канале, в отличии от надежности сети WDM, достаточно широко рассматривается как в отечественной, так и в зарубежной литературе.
Под надежность сети WDM понимают резервирования оптических каналов и маршрутов, резервирование оборудования и направляющей среды. Резервирование на сетях WDM, с экономической и практической точки зрения относится к сложной задаче, что сказывается на конечной стоимости оборудования.
В зависимости от поставленных задач в проектируемых сетях WDM, могут реализовываться различные варианты резервирования. В некоторых случаях, резервирования не требуется, в некоторых, требуется частичная реализация, а на крупных магистральных сетях, где передаются данные как обычных пользователей, так и данные спецслужб Российской Федерации, сети WDM
строятся со стопроцентным резервированием.
Организация резервирования на сетях WDM описывается в литературе авторами Листвин В.Н., Трещиков В.Н., Фокин В.Г., Скляров О. К., Цуканов В.Н., Довольнов Е.А. Кузнецов В.В., Миргород В.Г., Шарангович С.Н., Гордиенко В. Н., Крухмалев В. В., Моченов А. Д., Шарафутдинов Р. М., Ahmed Nabih Zaki Rashed, Abd El-Naser A. Mohamed, Hamdy A. Sharshar, Mohamed Salah Tabour, Ahmed El- Sherbeny, Каминецкий И.С.; в рекомендациях ITU-T G.680, G.695, G.698.1, G.698.2, G.808.1, G.873.1, G.873.3, а также в руководящих документах отрасли РД 45.195¬2001.
В данных источниках представлены теоретические аспекты организации резервирования оптических каналов и маршрутов, резервирования оборудования и направляющей среды, которые выражены в виде схем резервирования, реализуемых на практике.
Проводя анализ теоретических аспектов, можно говорить о том, что представленные варианты резервирования, в частности, оптических каналов WDM, имеют недостатки, такие как высокая стоимость оборудования и неэффективное использование частотного диапазона систем WDM, в частности систем плотного волнового спектрального мультиплексирования DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing). Неэффективное использование частотного диапазона обусловлено тем, что часть оптических каналов используются в качестве резервных каналов, и общая пропускная способность системы DWDM уменьшается в два раза.
Решение этих двух недостатков в рассмотренной литературе, в научно-исследовательских работах, как в зарубежных, так и в отечественных - не рассматривается, что говорит об актуальности обозначенных недостатков в рамках магистерской диссертации на тему «Исследование вопросов организации резервирования оптических каналов в системах WDM».
В качестве объекта исследования выбрана транспортная сеть связи технологии WDM, в частности DWDM. Предметом исследования является оптический канал WDM, как основной, так и резервный.
Целью магистерской диссертации является разработки новых схем резервирования оптических каналов на сетях DWDM.
В рамках поставленной цели решались следующие задачи:
- изучение технологии WDM и ее компонентов;
- обзор и анализ существующих схем резервирования оптических каналов и маршрутов в системах WDM и поиск проблем в действующих схемах резервирования;
- разработка схем резервирования оптических каналов;
- моделирование разработанных схем резервирования в графической среде OptiSystem;
- анализ результатов моделирования и оценка возможности применимости разработанных схем резервирования на практике.
Решение поставленных задач осуществлялось с использованием методов системного анализа, проектирования и моделирования.
Научная новизна работы заключается в разработке новых схем резервирования оптических каналов WDM систем.
Практической значимостью работы являются разработанные схемы резервирования оптических каналов в программе OptiSystem, которые могут применены в постановке лабораторно-практических работах по дисциплинам кафедры РЭСС в соответствии с ФГОС 3++ направления 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»; в оценке качественных показателей новых разработанных схем резервирования каналов WDM путем математического моделирования. Разработанные новые схемы резервирования каналов WDM могут применены на практике путем интеграции простейших оптических компонентов в существующее оборудование WDM.
В ходе выполнения магистерской диссертации была достигнута поставленная цель - разработаны новые схемы резервирования оптических каналов и маршрутов в системах WDM, проведена оценка их применимости на практике путем моделирования.
Для достижения поставленной цели был решен ряд задач:
а) произведен анализ литературы в области резервирования на сетях WDM;
б) рассмотрены основы волнового спектрального мультиплексирования, принцип построения сетей WDM, основные компоненты систем WDM;
в) рассмотрены принципы организации резервирования на сетях WDM, рассмотрены достоинства и недостатки применяемых на практике схем резервирования каналов WDM;
г) аналитическим методом разработаны новые схемы резервирования оптических каналов WDM, предложено пять вариаций схем резервирования на основе интеграции пассивных компонентов (оптических разветвителей и объединителей, оптических поляризаторов и поляризационных фильтров) в существующую архитектуру мультиплексорного оборудования WDM;
д) в системе автоматизированного проектирования (САПР) OptiSystem выполнено моделирование разработанных схем резервирования каналов WDM;
е) в САПР OptiSystem разработаны блок-схемы для оценки применимости на практике разработанных схем резервирования каналов WDM;
ж) на основании полученных результатов моделирования, таких как глаз- диаграмма, коэффициент ошибок, спектр группового сигнала WDM, проведен анализ применимости на практике разработанных схем резервирования каналов WDM.
Результаты исследования показали, что предложенные новые варианты резервирования оптических каналов WDM могут применяться на практике как на действующих, так и на проектируемых сетях WDM. Разработанные схемы решают проблему высокой стоимости оборудования DWDM и не эффективного использования частотного диапазона системы DWDM. Однако, имеется рад ограничений и особенностей. Так, в когерентных системах WDM, где применяется модуляция оптической несущей с поляризационным мультиплексированием, например, модуляция типа DP-QPSK (четырехпозиционная фазовая манипуляция с двойной поляризацией) или DP-32QAM (32 позиционная квадратурная амплитудная манипуляция с двойной поляризацией), применение разработанных схем резервирования, где используются поляризационные фильтра - исключено. При реализации новых схем резервирования каналов WDM требуется применение оптических усилителей (бустера и предусилителя) на линии протяженностью более 70 км, что позволит обеспечить коэффициент ошибок не хуже, чем 10-9. Кроме этого, интеграция новых схем резервирования в действующих системах связи WDM возможна только в том случае, если в качестве источников оптического излучения в оптических модулях (транспондерах) мультиплексоров WDM применяются перестраиваемые лазерные диоды типа VCSEL, а программное обеспечение мультиплексоров WDM должно иметь возможность инсталляции новых кодов, алгоритмов которых позволят автоматически переключиться на резервный канала и построить новый оптический маршрут при сбоях в рабочем канале связи.
Практическая значимость проведенного исследования состоит в том, что разработанные в САПР OptiSystem блок-схемы резервирования каналов WDM могут быть применены для проведения лабораторно-практических работ по дисциплинам кафедры МЭС в соответствии с ФГОС 3++ направления 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи». Для этого требуется выполнить компиляцию проекта (файла) с расширением *.osp, для работы в бесплатной версии САПР OptiPerformer. Для компиляции требуется выполнение ряда затруднительных действий по настройке параметров проекта. Компиляция выполняется в САПР OptiSystem.
Научная новизна исследовательской работы заключается в том, что разработаны новые схемы резервирования оптических каналов WDM, для которых получены положительные результаты в процессе моделирования, что говорит о их применимости на практике для повышения надежности систем WDM.
Полученные результаты исследования могут быть использованы в качестве справочных данных в научных и учебных целях, а также в производстве телекоммуникационного оборудования WDM.
Следует отметить, что полученные результаты исследования являются оценочными, не имеют практического подтверждения на реальной системе DWDM, и носят рекомендательный, теоретический характер.
Для достижения поставленной цели был решен ряд задач:
а) произведен анализ литературы в области резервирования на сетях WDM;
б) рассмотрены основы волнового спектрального мультиплексирования, принцип построения сетей WDM, основные компоненты систем WDM;
в) рассмотрены принципы организации резервирования на сетях WDM, рассмотрены достоинства и недостатки применяемых на практике схем резервирования каналов WDM;
г) аналитическим методом разработаны новые схемы резервирования оптических каналов WDM, предложено пять вариаций схем резервирования на основе интеграции пассивных компонентов (оптических разветвителей и объединителей, оптических поляризаторов и поляризационных фильтров) в существующую архитектуру мультиплексорного оборудования WDM;
д) в системе автоматизированного проектирования (САПР) OptiSystem выполнено моделирование разработанных схем резервирования каналов WDM;
е) в САПР OptiSystem разработаны блок-схемы для оценки применимости на практике разработанных схем резервирования каналов WDM;
ж) на основании полученных результатов моделирования, таких как глаз- диаграмма, коэффициент ошибок, спектр группового сигнала WDM, проведен анализ применимости на практике разработанных схем резервирования каналов WDM.
Результаты исследования показали, что предложенные новые варианты резервирования оптических каналов WDM могут применяться на практике как на действующих, так и на проектируемых сетях WDM. Разработанные схемы решают проблему высокой стоимости оборудования DWDM и не эффективного использования частотного диапазона системы DWDM. Однако, имеется рад ограничений и особенностей. Так, в когерентных системах WDM, где применяется модуляция оптической несущей с поляризационным мультиплексированием, например, модуляция типа DP-QPSK (четырехпозиционная фазовая манипуляция с двойной поляризацией) или DP-32QAM (32 позиционная квадратурная амплитудная манипуляция с двойной поляризацией), применение разработанных схем резервирования, где используются поляризационные фильтра - исключено. При реализации новых схем резервирования каналов WDM требуется применение оптических усилителей (бустера и предусилителя) на линии протяженностью более 70 км, что позволит обеспечить коэффициент ошибок не хуже, чем 10-9. Кроме этого, интеграция новых схем резервирования в действующих системах связи WDM возможна только в том случае, если в качестве источников оптического излучения в оптических модулях (транспондерах) мультиплексоров WDM применяются перестраиваемые лазерные диоды типа VCSEL, а программное обеспечение мультиплексоров WDM должно иметь возможность инсталляции новых кодов, алгоритмов которых позволят автоматически переключиться на резервный канала и построить новый оптический маршрут при сбоях в рабочем канале связи.
Практическая значимость проведенного исследования состоит в том, что разработанные в САПР OptiSystem блок-схемы резервирования каналов WDM могут быть применены для проведения лабораторно-практических работ по дисциплинам кафедры МЭС в соответствии с ФГОС 3++ направления 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи». Для этого требуется выполнить компиляцию проекта (файла) с расширением *.osp, для работы в бесплатной версии САПР OptiPerformer. Для компиляции требуется выполнение ряда затруднительных действий по настройке параметров проекта. Компиляция выполняется в САПР OptiSystem.
Научная новизна исследовательской работы заключается в том, что разработаны новые схемы резервирования оптических каналов WDM, для которых получены положительные результаты в процессе моделирования, что говорит о их применимости на практике для повышения надежности систем WDM.
Полученные результаты исследования могут быть использованы в качестве справочных данных в научных и учебных целях, а также в производстве телекоммуникационного оборудования WDM.
Следует отметить, что полученные результаты исследования являются оценочными, не имеют практического подтверждения на реальной системе DWDM, и носят рекомендательный, теоретический характер.
