13. Оптические кросс-коммутаторы

13.1. Назначение и классификация оптических коммутаторов

13.2. Механические оптические коммутаторы

13.3. Электрооптические коммутаторы

13.4. Термооптические коммутаторы

13.5. Оптоэлектронные коммутаторы на основе полупроводниковых оптических усилителей

13.6. Логика, топология и особенности построения многокаскадных оптических коммутаторов

13.1. Назначение и классификация оптических коммутаторов

Изменение архитектуры волоконно-оптических сетей, оперативная маршрутизация в сетях доступа и локальных системах ВОСП невозможна без быстрой и эффективной коммутации оптических информационных потоков. Эта коммутация осуществляется с помощью волоконно-оптических коммутаторов. Это совокупность оптических коммутационных приборов, реализующая полнодоступную схему на «n» входов и «m» выходов, объединенная конструктивно и схемно. Оптическое коммутирование для маршрутизации передаваемых сигналов имеет большое значение и позволяет избегать оптоэлектрического преобразования. В настоящее время существует довольно большое количество типов волоконно-оптических коммутаторов, отличающихся двумя важнейшими показателями: скоростью переключения и емкостью – числом коммутируемых стандартных модулей. В иерархии скоростей переключения в оптических сетях различают обычно четыре уровня [5]:

— низкие — время переключения порядка 10^-3 с, то есть миллисекунды;

— средние — время переключения порядка 10^-6 с, то есть микросекунды;

— высокие — время переключения порядка 10^-9 с, то есть наносекунды;

— очень высокие — время переключения порядка 10^-12 с, то есть пикосекунды.

Низкие скорости переключения достаточны для осуществления операций автоматической конфигурации — реконфигурации оборудования (например, оптическое байпасное переключение — ОБП (OBS) для обхода выключенного или вышедшего из строя блока), или обновления таблиц маршрутизации. Емкости коммутаторов при этом для большой сети требуются значительные.

Средние скорости достаточны для осуществления защитного переключения колец или альтернативных маршрутов в сетях, коммутирующего сетевой трафик из одного волокна в другое. Емкость коммутатора 2х2 оказывается здесь достаточной.

Высокие скорости требуются для коммутации потоков данных. Время переключения должно быть существенно меньше времени прохождения обрабатываемого пакета, то есть наносекунды.

Очень высокие скорости требуются для внешней модуляции светового потока потоком бит данных. Они должны быть по крайней мере на порядок меньше длительности одного битового интервала, составляющей для потока 10 Гбит/с 100 пс.

Оптический коммутатор 16х16 считается большим, хотя не идет ни в какое сравнение с электронными коммутаторами емкостью 2048х2048 каналов.

К другим показателям, характеризующим работу коммутаторов, относятся следующие [5]:

— Вносимые коммутатором потери — вызываемое коммутатором ослабление сигнала, которое должно быть как можно меньше.

— Переходное затухание коммутатора — отношение мощности на нужном (скоммутированном) выходе к мощности сигналов на всех остальных выходах. Этот показатель должен быть как можно больше.

— Коэффициент ослабления коммутируемого сигнала на выходе в режиме «выключено» по сравнению с режимом «включено» (может варьироваться от 40 — 50 дБ до 10 — 15 дБ в зависимости от типа коммутатора). Этот показатель должен быть как можно больше.

— Поляризационные потери коммутатора (PDL) — ослабление коммутируемого сигнала, вызванное его поляризацией. Уровень этих потерь зависит от места коммутатора в системе связи и должен быть как можно меньше. Для их снижения на входе коммутатора может быть использовано специальное волокно, препятствующее возникновению поляризации сигнала.

Существуют несколько технологий, используемых для создания оптических коммутаторов. Среди них можно выделить следующие типы оптических коммутаторов:

— механические оптические коммутаторы;

— электрооптические коммутаторы;

— термооптические коммутаторы;

— оптоэлектронные коммутаторы на основе SOA (ППОУ);

— интегральные активно-волноводные коммутаторы;

— коммутаторы на фотонных кристаллах;

— коммутаторы на многослойных световодных жидкокристаллических матрицах;

— коммутаторы на ИС с набором матриц оптоэлектронных вентилей, связанных при взаимодействии оптическим лучом.

В таблице 13.1 представлены сравнительные характеристики базовых оптических коммутаторов.

Таблица 13.1 – Сравнительные характеристики базовых оптических коммутаторов