Авторы: Жураева Гулчехра Хамидовна, Нурмухамедова Турсуной Усмановна

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №20 (124) октябрь-2 2016 г.

Дата публикации: 11.10.2016

Статья просмотрена: 87 раз

Библиографическое описание:

Жураева Г. Х., Нурмухамедова Т. У. Волоконно-оптические системы передачи и интернет вещей // Молодой ученый. — 2016. — №20. — С. 148-151.



В данной статье рассматривается волоконно-оптических систем передач и Интернет вещей в качестве одного из десяти направлений информационных технологий.

Ключевые слова:IoE, IoNT, DWDM, ВОСП, ITU-T, ССОП, NGN, QoS

Актуальность темы. Спрос на скоростные телекоммуникационные технологии стал очевидным, когда потребление мобильных данных с 6-ю миллиардами пользователей по прогнозам к 2016 году вырастает до 40 трлн мегабайт. В результате сегодня телекоммуникационный мир работает с сетями передачи на скорости 100 G (100 Гбит/с).

Поэтому прогресс не стоит на месте и регулярно появляются сообщения о новых технологиях и достигнутых скоростях передачи информации на телекоммуникационных магистралях. В основном прогресс связан с развитием технологии передачи информации по современным волоконно-оптическим кабелям. Отсюда основой современных первичных телекоммуникационных сетей стала система оптической связи.

Постановка задачи. Создание оптических магистралей нового поколения, работающих на мультигигабитных и терабитных скоростях, потребовало разработки новой сетевой технологии — уплотненного волнового мультиплексирования (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM).

Решение задачи. В данной технологии волоконно-оптическая система передачи (ВОСП) передаёт информацию в оптическое волокно одновременно большим количеством световых волн-лямбд. При этом каждая волна представляет собой отдельный спектральный канал и несёт собственную информацию. Основными функциями электронного оборудования сети DWDM являются операции мультиплексирования и де мультиплексирования. То есть происходит объединение различных волн в одном световом пучке, а затем выделение информации каждого спектрального канала из общего сигнала. Система передачи доставляет информацию до мест, где производится её адресная раздача. Основной характеристикой любой системы передачи является её полоса пропускания — непрерывный диапазон частот, для которого затухание не превышает заранее заданный предел. Ширина полосы пропускания в наибольшей степени влияет на пропускную способность системы передачи-максимально возможную скорость передачи данных в бит/сек., которая может быть достигнута в этой системе передачи. Если этот термин характеризует среду передачи, то он означает ширину полосы частот в герцах.

Особо следует отметить, что только технология DWDM выполняет операции мультиплексирования и коммутации световых сигналов без преобразования их в электрическую форму. Все другие типы технологий с использованием световых сигналов для передачи информации перед мультиплексированием и коммутированием преобразовывают их в электрические. Создание ВОСП DWDM потребовало разработки волоконно-оптических усилителей, непосредственно усиливающих световые сигналы в третьем окне прозрачности ОВ в диапазоне λ=1528–1565 нм, что соответствует частотному промежутку 192–196 ТГц. Вся современная линейка оборудования ВОСП строится по простой схеме 10 G — 40 G — 100 G — 400 G — 1T — …

При передаче по ОВ двоичного цифрового сигнала со скоростью, например, 10 G или 10 Гбит/сек. требуется полоса пропускания ~30 ГГц, что составляет меньше одного процента от полосы пропускания, равной 4 ТГц. Поэтому и возник новый принцип построения ВОСП-СР, названный DWDM. Стандартом ITU-T установлены частотные планы, определяющие значения центральных частот спектральных каналов в линейном спектре ВОСП-СР с шагом в 100, 50, 25, 12.5 ГГц. Использование волновых (частотных) мультиплексоров на основе оптических многослойных усилителей, работающих в вышеуказанном частотном диапазоне, а также сокращение шага между волнами, например, до 50 ГГц и 25 ГГц, позволяет увеличивать количество одновременно передаваемых длин волн до 80–160, т. е. обеспечивает передачу трафика со скоростями 800 Гбит/сек-1.6 Тбит/сек в одном направлении по одному ОВ. Появление оптических усилителей, работающих в вышеуказанном диапазоне, а также сокращение шага между волнами позволило Huawei в 2012 году создать первую в мире систему магистральной передачи 400G DWDM с пропускной способностью до 20 Тбит/сек. по одному волокну на расстояние до 1000 км без промежуточной электрической регенерации. Система обладает самой высокой эффективностью, поскольку использовала минимальный шаг в 12.5 ГГц. Согласно последним новостям, специалисты Эйндховенского технологического института (Нидерланды) и Центрального Флоридского университета (США) разработали ВОСП-СР с пропускной способностью до 255 Тбит/сек. При такой скорости информация в 1гигабайт будет передана за 31 микросекунды, а 1 терабайт за 0.03 сек.

Развитие сетей связи общего пользования (ССОП) до 2010 года осуществлялось на базе концепции сетей связи следующего поколения (NGN), которая предусматривала эволюционный переход от сетей с коммутацией каналов к сетям с коммутацией пакетов. К 2010 году пропускная способность каналов связи приблизилась к насыщению как из- за увеличения вычислительных мощностей мобильных терминалов и вычислительной емкости, работающих в них приложений, так и из-за достижения максимально возможной эффективности использования радио спектра в технологиях LTE/LTE-A. Кардинальное увеличение пропускной способности сети можно было получить лишь за счёт расширения полосы частот, что и было сделано в технологии ВОСП DWDM. В NGN клиентская база — человек с его терминалом. Поэтому концепция NGN была рассчитана на обслуживание до нескольких миллиардов человек, с чем она прекрасно справляется.

С ростом пропускной способности сети в 1000 раз появилась новая возможность — возможность взаимодействия устройств между собой без участия человека. Теперь необходимость построить триллионную сеть, в которой клиентская база — вещи (устройства, приборы, базы данных и т. д.). Такая концепция получила название «Интернет вещей» (ИВ). Международный союз электросвязи (ITU-T) даёт следующее определение вещи: «Объекты физического мира (физические вещи) или информационного мира (виртуальные вещи), которые можно идентифицировать и интегрировать в сети связи» (Overview of Internet of Things, ITU-T, Geneva, 2012). Около 60 ти IT-компаний уже объединились для развития ИВ. Цель- разработка стандартов ИВ, чтобы устройства разных производителей могли передавать информацию друг другу. Уже в 2014 году техника, которая подключена к WWW могла передавать информацию другим устройствам и пользователям (холодильники, которые сообщают владельцу какие продукты скоро испортятся и что можно изготовить из оставшихся).

Выводы. Концепция ИВ — новый этап в развитии телекоммуникаций. Она требует изменить принципы построения сети, создать новые протоколы, исследовать новые модели трафика, искать новые алгоритмы маршрутизации, ввести дополнительные метрики QoS и т. п.

Фундаментальными характеристиками концепции ИВ в соответствии с рекомендациями IIU-T являются:

  1. Связанность — возможность любой вещи быть связанной с глобальной инфокоммуникационной сетью.
  2. Обеспечение вещей услугами.
  3. Гетерогенность-вещи, построенные на различных аппаратных, программных платформах и сетях, смогут взаимодействовать друг с другом.
  4. Динамические изменения, при которых статус вещей может изменяться: спящий-активный, связан сейчас с сетью — не связан, число вещей, их местоположение. Поэтому в каждый момент времени будут случайными число узлов и взаимосвязей между ними, но всё это происходит при помощи самоуправления и само конфигурации.

В настоящее время, «Интернет вещей» плавно переходит в «Интернет всего» или «Всеобщий Интернет» (Internet of Everything, IoE), другое название — «Всеобъемлющий Интернет». Всеобщий Интернет объединяет в себе не только неодушевленные предметы, но и людей, процессы и данные [2].

Рис.1. ВсеобщийИнтернет (Internet of Everything, IoE)

Примеры самоорганизующихся сетей:

а) всепроникающие сенсорные сети (USN);

б) сети для транспортных средств (VANET);

в) городские сети (NANET);

г) медицинские сети (MBAN).

Таким образом, ИВ становится самой перспективной технологией. Уже реализованы и реализуются проекты, как частными, так и госкомпаниями в сфере «умных» городов, горнорудной и нефтяной промышленности, торговли, здравоохранения и т. п. В Чикаго в сентябре 2014 г. прошёл всемирный форум по ИВ, так как в этом городе широко используется ИВ, большие данные и различные датчики для создания новых городских услуг, обеспечения прозрачности операций, оповещения МЧС, управления уличным движением и освещением, графика снегоуборки, борьбы с грызунами.

По оценкам в 2017–20–х годах ожидается подключение к сетям связи 7 триллионов вещей (устройства, приборы, базы данных и т. д.) Согласно последним данным, корпорация Iutel уже в этом 2015 году поступила к массовому производству продукции на базе 14 –нм технологии, позволяющей создавать серверы, персональные компьютеры и решения для «Интернета вещей». В результате предельное число Nanocomputers andSwarmIntelligence вещей в сетях связи оценивается как 3000- 5000 единиц в расчете на одного человека. А это порядка 50 триллионов вещей в сети. В связи с эти появилось новое понятие, Интернет нано вещей» IoNT- множество связанных беспроводной связью устройств, которые имеют выход на сети связи, и прежде всего, в Интернет. В результате 99 % физических объектов станут частями единой сети [3].

Первичные телекоммуникационные сети при этом должны работать на мульти гигабитных и терабитных скоростях. Поэтому АК «Узбектелеком» совместно с японской корпорацией NEC ввели в эксплуатацию новую DWDM- линию с скоростью одной лямбды в 100 Гбит/с. В результате в несколько раз расширилась пропускная способность магистральных сетей передачи данных, что обеспечило высокоскоростной доступ пользователям Узбекистана к интернет- услугам.

В DWDM- технологии используется новый метод мультиплексирования-информация в оптическом волокне передается одновременно большим количеством световых волн- лямбд. При этом каждая световая волна представляет собой отдельный спектральный канал и несёт собственную информацию.

Литература:

  1. А. К. Кучерявый, Интернет вещей, электросвязь, № 1 (21) 2013 г.
  2. http://www.bizhit.ru/index/trend_www_trafic/0–171
  3. Transactions of the international scientific conference “Рerspectives for the development of information technologies ITPA 2015”4–5 November, 2015., «ICT and internet of things»
Основные термины (генерируются автоматически): ВОСП DWDM, передачи информации, передачи 400g dwdm, большим количеством световых, отдельный спектральный канал, пропускной способности сети, технологии ВОСП dwdm, системы передачи, Создание ВОСП DWDM, Internet of, оборудования сети dwdm, internet of everything, передачи данных, несёт собственную информацию, триллионов вещей, операции мультиплексирования, эксплуатацию новую dwdm, характеристиками концепции ИВ, технология dwdm, разработка стандартов ИВ.

Ключевые слова

IoE, IoNT, DWDM, ВОСП, ITU-T, ССОП, NGN, QoS

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос