ОПТИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТЫ
Оптические коммутаторы выполняют в сети несколько ключевых функций. Вообще говоря, эти функции можно разбить на следующие группы: восстановление, транспортировка и контроль.
Вопросы использования коммутаторов в процессе транспортировки сигналов привлекают огромное внимание специалистов, занимающихся проектированием оптических сетей. Предназначенные для этой цели коммутаторы в целом можно разделить на две группы — оптические коммутаторы (all-optical switches), которые называют также прозрачными, световыми (photonic) или ООО- (optical-optical-optical) коммутаторами, и электрооптические коммутаторы, называемые также непрозрачными или ОЕО- (optical-electrical-optical) коммутаторами.
Создание оптических коммутаторов
Хотя методы оптической коммутации являются довольно новыми, сама идея коммутации довольно стара и базовая архитектура для проектирования систем коммутации в основном осталась неизменной. Простейшими коммутаторами являются оптические кросс-соединители (optical crossconnects — ОХС), которые получают данные на один входной порт и коммутирует их на два или более выходных порта.
Основные конструкционные типы коммутаторов
При создании оптических коммутаторов применяют два подхода. Линии входных и выходных портов, пересекаясь друг с другом, образуют своего рода сетку. В случае электронных переключателей перемычки могут быть выполнены в виде печатных схем с использованием электронных вентилей.
Блокировать иль не блокировать
Производители коммутаторов часто приводят характеристики блокирования выпускаемых ими изделий. То, что при этом имеется в виду, легко понять, если представить себе двухплечевой механический коммутатор старого образца, который соединяет порты, расположенные по обе стороны устройства.
Получение оценочных характеристик
Фактор блокирования, несомненно, отражает один из аспектов оценки эксплуатационных характеристик технологии коммутации, однако кроме него существуют и другие факторы подобного рода, которые заслуживают того, чтобы мы их рассмотрели. К таковым относятся: размерность коммутационной матрицы, масштабируемость, струк-турируемость (granularity) и скорость работы коммутационных средств, а также потери.
Технологии создания оптических коммутаторов
Любая из столь захватывающих и удивительных современных технологий может быть использована в наши дни для создания оптических коммутирующих элементов. В то же время, основная идея остается неизменной: как добиться того, чтобы в результате приложения энергии в той или иной ее форме световой сигнал можно было заставить распространяться в нужном направлении.
Представьте себе огромное зеркальное ателье размером со складское помещение, заполненное сотнями, если не тысячами зеркал. Вы входите в ателье, и ваше изображение моментально проецируется на зеркала, расположенные на другом конце ателье.
В одном из подходов, напоминающем технологию MEMS, для переадресации сигналов из одного порта в другой используется подвижный отрезок волоконно-оптического кабеля. Для фокусировки сигнала на каком-то определенном выходном порте в коммутаторах этого типа, называемых оптомеханическими коммутаторами, применяется механический ползунок, который перемещает отрезок волоконно-оптического кабеля или иного аналогичного компонента.
Электрооптические и термооптические коммутаторы
Применение электрооптического эффекта позволило поставщикам компонентов создать быстродействующие, хотя и допускающие лишь небольшое количество портов, коммутаторы. Суть электрооптического эффекта состоит в том, что при изменении напряженности приложенного электрического поля показатель преломления (RI) некоторых материалов также изменяется, причем эти изменения воздействуют на скорость распространения света почти немедленно.
Могли ли вы себе когда-нибудь представить, что в один прекрасный день струйный принтер окажется в самом центре сети общего пользования и от него будет зависеть прохождение миллионов телефонных разговоров, ведущихся по всей планете? Пожалуй, нет, особенно если учесть, что если даже печать со скоростью нескольких десятков страниц в минуту для них является проблемой, то что уж говорить о поддержании нескольких миллионов соединений в секунду.
Жидкокристаллические коммутаторы
Если в пузырьковых коммутаторах некоторые идеи скопированы из технологии принтеров, то жидкокристаллические коммутаторы оказываются в том же положении по отношению к технологии изготовления мониторов или дисплеев часов.
На основе описанной технологии развиваются две новые технологии, в рамках которых ведется поиск путей, позволяющих управлять появлением и исчезновением решеток Брэгга с помощью электрического поля. В электроголографических коммутаторах для этих целей используются голографические изображения решетки Брэгга, которые создаются в специальных кристаллах, называемых KLTN (potassium lithium tantalate niobate — танталат-ниобат лития-калия).
Звук также может быть положен в основу оптической коммутации, причем некоторые из полученных на этом пути результатов оказываются довольно впечатляющими. В акустооптических коммутаторах используется технология, которая применяется в современных кинопроекционных установках.
Коммутация с преобразованием длин волн
До сих пор нами рассматривались главным образом коммутаторы, в которых длина волны входного и выходного сигналов была одной и той же, но в будущем следует ожидать развертывания систем с преобразованием длин волн.
* * *
Без всякого преувеличения можно сказать, что на сегодняшний день наиболее важной для развития интеллектуальных оптических сетей технологией являются оптические коммутаторы. В обычных оптических сетях каналы конфигурируются под определенные установленные маршруты. Телефонные компании «намертво» привязывают каналы, конфигурируя отдельные части оборудования, причем на эту работу уходят недели, а иногда и месяцы. Однако с развитием сети Internet потребители стали нуждаться в том, чтобы сроки на подготовку каналов к работе исчислялись не неделями или месяцами, а днями.
Возьмем оптические коммутаторы. Эти устройства размещаются в местах стыка волоконно-оптических кабелей между собой или с медными линиями. Благодаря им соединения можно настраивать «на лету», перенаправляя сигналы из одного порта в другой. Такие временные соединения идеально устанавливаются посредством программного обеспечения, что позволяет телефонным компаниям (по крайней мере, теоретически) конфигурировать схемы соединений в течение нескольких минут.
Однако это простое описание ничего не говорит о том, что необходимо иметь столько различных типов коммутаторов, сколько существует различных типов кабелей, которые должны к ним подключаться. Для упрощения картины в этой главе под оптическими коммутаторами будут подразумеваться лишь те коммутаторы, которые работают на физическом уровне.
Даже оптические коммутаторы можно исследовать с самых различных сторон. Для начала мы попытаемся понять, какое место в сети отводится коммутаторам и каковы их основные функции. Одни коммутаторы размещаются в концевых точках сети, другие — в центральной ее части. Затем мы проработаем различные архитектуры коммутационных систем. Хотя оптические коммутаторы являются новым видом устройств, сами по себе коммутаторы используются уже в течение многих лет. Основные схемы построения коммутационных систем мало изменились, и понимание всех сильных и слабых сторон этого подхода окажет неоценимую помощь при внедрении продуктов в конкретном месте.
Что, однако, является новым, так это материалы и компоненты, используемые при создании коммутационных систем. В оптических коммутаторах нашли свое применение некоторые наиболее экзотические из имеющихся технологий — от миниатюрных зеркал и голограмм до пузырьков. Каждая из этих технологий будет тщательно рассмотрена нами со всеми ее сильными и слабыми сторонами.