Zasada działania łączności światłowodowej

System transmisji wykorzystujące światłowód jako kanał transmisyjny są w większości systemami cyfrowymi. Poniżej przedstawiono schemat blokowy łączności światłowodowej, który przybliża główne etapy drogi informacji przez kanał światłowodowy. Dane przychodzące do nadajnika są kodowane, a następnie przechodzą przez opcjonalny filtr nadawczy i modulują prąd nadajnika optycznego, którym jest najczęściej dioda laserowa lub LED. Impulsy świetlne są wprowadzane do światłowodu, a po dotarciu do jego końca zamieniane przez detektor sygnał elektryczny. W odbiorniku sygnał ten jest filtrowany, próbkowany i zamieniany z powrotem na sygnał binarny, który następnie jest dekodowany.

Zastosowanie światłowodu jako kanału transmisyjnego i światła jako nośnika pozwala uzyskiwać bardzo duże szybkości transmisji przy bardzo małym tłumieniu i przy minimalnej podatności na zakłócenia zewnętrzne.

rysunek 1: schemat łączności światłowodowej

Stosowane rodzaje multiplexacji

Multiplexacja sygnału w kanale transmisyjnym ma za zadanie zwiększenie szybkości przesyłu danych oraz pełne wykorzystanie przepustowości oraz pasma kanału.

Zależnie od dziedziny zwielokrotnienia sygnału możemy wyróżnić kilka typów multiplexacji:

1. FDM
   Zwielokrotnienie w dziedzinie częstotliwości

W metodzie tej sygnały informacyjne modulują źródła światła o różniących się nie znacznie długościach fal. Systemy FDM zwiększają pojemność systemu transmisyjnego poprzez wykorzystanie dużej szerokości pasma oferowanego przez światłowody.

2. SCM
   Zwielokrotnienie podnośnej

System SCM jest rozwinięciem systemu TDM. Wykorzystuje jednak jedną optyczną częstotliwość nośną, a zwielokrotnienie polega na modulowaniu częstotliwości podnośnych.

3. TDM
   Zwielokrotnienie w dziedzinie czasu

W tym systemie każdy kanał transmisyjny ma zarezerwowaną dla siebie szczelinę czasową, w której przesyłane są jego impulsy. System ten nie wymaga stosowania filtrów, jak w syetmie FDM oraz wykorzystuje tylko jedno źródło światła i jeden detektor. Istotnym zagadnieniem przy stosowaniu systemu TDM staje się problem synchronizacji nadajnika i odbiornika.

4. CDM
   Zwielokrotnienie kodowe

W tym systemie wszystkie kanały wykorzystują to samo pasmo, a multiplexacja odbywa się na podstawie kodu przypisanego do przesyłanych danych i rozpoznawanego przez odbiornik.

5. WDM
   Zwielokrotnienie według długości fali

System WDM pozwala przesyłać w jednym kanale optycznym jednocześnie wiele sygnałów o różnej długości fali światła. System ten jest stosowany bardzo często w połączeniu z innymi rodzajami multiplexacji.
Stosując system WDM, w jednym włóknie światłowodowym możemy zwielokrotnić do kilkunastu fal optycznych o różnych długościach fali. W miarę rozwoju technologii ilość ta uległa zwiększeniu i obecnie możemy wyróżnić wiele wersji zwielokrotnienia WDM. Najpopularniejsze to:

• CWDM - pozwala na jednoczesną transmisję do 4 kanałów optycznych. Jego zaletą jest niska cena urządzeń i prostota. Przeznaczony jest do stosowania w rozwiązaniach lokalnych.

• DWDM i UWDM - tzw. „gęste” i „ultragęste” WDM. Pozwala na upakowanie ponad 1000 kanałów optycznych w jednym włóknie światłowodowym, przy odstępach międzyfalowych 0.8nm (DWDM) lub 0.4nm (UWDM).

Stosowanie systemu WDM w połączeniu z innymi systemami multiplexacji pozwala na uzyskanie ogromnych przepustowości na jednym włóknie światłowodowym (dziesiątki Tb/s). Uproszczony schemat działania systemu jest przedstawiony na poniższym rysunku:

rysunek 2: zwielokrotnienie WDM

Fibre Channel

Fibre Channel jest standardem połączeń wysokiej jakości, który zapewnia szybką transmisję dużych ilości informacji między stacjami roboczymi, pamięciami masowymi, peryferiami itp. na wydzielonym obszarze. W systemie tym można stosować połączenia elektryczne, ale najczęściej stosuje się jednak światłowodowe systemy optyczne. Fibre Channel zapewnia łączność dwukierunkową o znormalizowanej prędkości do 100MB/s. Budowane są sieci Fibre Channel o bardzo różnych topologiach fizycznych, jednak ich struktura jest całkowicie przeźroczysta dla urządzeń końcowych. W praktyce oznacza to, że urządzenia końcowe systemu są prostsze w budowie i tańsze. Uzyskiwane transfery dochodzą do 2Gb/s, a odległości do 10km. Ciekawą własnością systemu Fibre Channel jest możliwość transportowania innych kanałów i protokołów sieciowych.

FDDI

Sieć FDDI jest jednym z rodzajów sieci LAN. Podstawowym ośrodkiem transmisyjnym jest w niej światłowód. Sieć jest zbudowana z dwóch pierścieni światłowodowych, w których dane rozchodzą się w przeciwnych kierunkach. Do tych pierścieni dołączane są stacje. Wyróżniamy trzy podstawowe typy stacji w sieci FDDI: koncentratory (DAC), DAS oraz SAS. Koncentratory to urządzenia pozwalające na dołączanie do pierścienia innych urządzeń oraz na usuwanie ich bez zakłócania pracy pierścienia. Są elementami aktywnymi, kontrolującymi strukturę sieci. Stacje DAS i SAS to urządzenia końcowe. Stacje DAS mogą być dołączane do systemu bezpośrednio (do pierścienia) lub za pośrednictwem koncentratorów, natomiast stacje SAS można dołączać tylko poprzez koncentratory. Urządzeniami dodatkowymi są tzw. przekaźniki omijające, które mają za zadanie utrzymanie transmisji w pierścieniu w wypadku awarii jednej ze stacji, poprzez przekierowanie optyczne transmisji i ominięcie uszkodzonego urządzenia. Do sieci FDDI może zostać dołączone maksymalnie 500 stacji.

Jedną z najważniejszych cech topologii sieci FDDI jest jej bardzo niska podatność na awarię. Jest to zasługa zastosowanych tutaj dwóch pierścieni światłowodowych. Standardowo transmisja danych odbywa się tylko w jednym pierścieniu. Drugi pierścień jest używany dopiero w momencie przerwania pierwszego pierścienia. Kiedy urządzenia sieci wykryją przerwę w podstawowym pierścieniu (przerwanie światłowodu, uszkodzenie jednej ze stacji itp.), stacje, pomiędzy którymi nastąpiło uszkodzenie, zmieniają strukturę fizyczną sieci. Następuje połączenie pierwszego pierścienia z drugim, co powoduje zamianę konfiguracji z podwójnym pierścieniem na konfigurację z pierścieniem pojedynczym. Po usunięciu awarii, zostaje przywrócona konfiguracja podstawowa (podwójny pierścień). Zapewnia to ciągłość transmisji nawet w przypadku poważnej awarii fizycznej sieci.

Innymi ważnymi cechami sieci FDDI jest bezkonfliktowa transmisja danych przy zastosowaniu tokena oraz możliwość jednoczesnej transmisji synchronicznej i asynchronicznej. Omówienie tych cech wykracza jednak poza temat tego referatu.

Przepływność osiągana w sieci FDDI to 100Mb/s, a maksymalna długość światłowodu to 200km.

rysunek 3: struktura sieci FDDI

HIPPI

Systemy HIPPI powstały jako standard połączeniowy superkomputerów. Obecnie są stosowane jako systemy LAN o dużej szybkości, łączące serwery, stacje robocze oraz peryferia. Standard HIPPI przewiduje zastosowanie jako medium transmisyjnego światłowodów lub przewodów miedzianych, jednak połączeń elektrycznych praktycznie nie stosuje się. Przepływność sieci HIPPI sięga 800Mb/s, a zasięg 10km. System działa w oparciu o komutację pakietów. Jego charakterystyczną cechą jest bardzo mała elementowa stopa błędów (mniejsza niż 10^-12) oraz bardzo małe opóźnienie przy nawiązywaniu połączenia (poniżej 500ns).

CHARAKTERYSTYKA SIECI ATM

Najnowsza (i jednocześnie najbliższa wielbicielom technologii) technologia łączenia sieci LAN nazywa się Asynchronous Transfer Mode (ATM - Transfer w trybie asynchronicznym). ATM to technologia komutacji pakietów podobnie jak X.25 i Frame Relay, ale z kilkoma różnicami.

Główną zaletą ATM jest możliwość stworzenia przezroczystej i szybkiej sieci rozciągającej się od biurek użytkowników na bezkresne odległości. W całej swojej krasie ATM może obyć się bez routerów, przydziału pasma i rywalizacji o dostęp do nośnika transmisyjnego.

Technika transmisji ATM (ang. Asynchronous Transfer Mode) ma zapewniać

• Transmisje interakcyjna i dystrybucyjna, której przedmiotem mogłyby być szeroko pojęte multimedia

• Transmisje szeroko- oraz wąskopasmowa

• Transmisję ciągłą i impulsową (ang. bursty and continuous traffic) - przy czym bardzo istotnym zagadnieniem jest tutaj wykorzystanie właściwości dużej liczby transmitowanych sygnałów, które nie maja charakteru ciągłego strumienia o określonej przepływności, a raczej potrzebują sporadycznie dużej przepływności łącza. Oczywistym wiec wydaje się w tym przypadku próba statystycznego ich multipleksowania.

• Usługi połączeniowe i bezpołączeniowe (ang. connection-oriented and conectionless services) - a wiec zarówno transmisję wymagającą wcześniejszych procedur ustanawiania połączenia jak i transmisje datagramów.

• Implementacje przetwarzania transmitowanych sygnałów, czyli DSP (ang. digital signal processing) - gdzie najważniejszym zagadnieniem byłaby kompresja sygnałów z algorytmem dostosowanym do ich charakteru ale także dostosowanie ich postaci do potrzeb i wymagań urządzeń odbiorczych.

• Szeroką gamę rodzajów połączeń, z których warto wymienić:

• połączenia punkt-punkt ( w wersjach jedno i dwukierunkowych)

• zespoły równoległych połączeń punkt-punkt

• połączenia punkt-wielopunkt

CECHY ATM

Sieć ATM charakteryzuje się następującymi właściwościami:

• użyteczna pojemność interfejsu (ang. bandwidth) jest podzielona na małe komórki o stałej długości (ang. cell)

• przynależność danej komórki do konkretnego połączenia jest identyfikowana na podstawie informacji zawartej w nagłówku

• ATM jest przezroczysty względem przenoszonej informacji - jest wiec przystosowany do przenoszenia różnych protokołów komunikacyjnych i usług

• przypisanie komórki ATM konkretnej usłudze odbywa się dynamicznie poprzez nadanie jej odpowiedniego identyfikatora

• wykorzystuje się multipleksacje statystyczna poszczególnych kanałów, co pozwala na efektywne gospodarowanie łączem

• przydzielenie identyfikatora konkretnemu połączeniu wymaga fazy nawiązania połączenia

• jeden, stały rozmiar homogenicznej komórki ATM (rozważano możliwość wprowadzenia kilku rozmiarów komórek) ułatwia proces jej obróbki w węzłach sieci

• każdemu połączeniu może być przyporządkowana dowolna ilość komórek (o ile pozwala na to dostępna pojemność łącza), co umożliwia realizacje dowolnych prędkości transmisji. Przepływność strumienia komórek dostosowuje się do przepływności transmisyjnej przez wprowadzenie komórek pustych, które w węźle docelowym są pomijane.

• ATM jest skalowalny - może pełnić role systemu transmisji zarówno dla sieci WAN, MAN, jak tez LAN

• w założeniach projektowych ATM uwzględniono implementacje systemów taryfikacji

• technologia ATM przewiduje obsługę usług izochronicznych (dźwięk, video - również "High Definition TV") z opóźnieniem nie przekraczającym 10 [ms]

• duże szybkości transmisji i silna fragmentacja informacji poważnie ogranicza możliwości monitorowania przepływu danych przez osoby niepowołane, co przyczynia się do poprawy bezpieczeństwa systemu

Dla pełnego omówienia standardu ATM niezbędne jest umieszczenie go w uniwersalnej strukturze Modelu Odniesienia dla Współdziałania Systemów Otwartych

Standard ATM definiuje trzy warstwy:

- warstwę fizyczną ATM

- warstwę ATM

- warstwę adaptacji (ang. AAL)

Warstwa Fizyczna (ang. Physical Layer) - Warstwa ATM operująca komórką jako jednostką informacji korzysta z usług Warstwy Fizycznej, której zadaniem jest poprawna ich transmisja w medium fizycznym. Na początku prac standaryzacyjnych rozważano dwie koncepcje transmisji komórek ATM w medium fizycznym:

- oparta na ATD - Asynchronous Time Division - której zwolennikiem była ETSI (ang. European Conference of Postal and Telecommunication). W tym rozwiązaniu system transmisyjny operował na strumieniu bitów, w którym komórki ATM były bezpośrednio transmitowane. Takie rozwiązanie wymagało jednak wyróżnienia informacji ramkujacych, bez których nie możliwe jest określenie granic komórek

- wykorzystująca międzynarodowy standard SONET/SDH (ang. Synchronous Optical NETwork / Synchronous Digital Hierarchy), będący unifikacja opartej o kabel swiatlowodowy koncepcji synchronicznej transmisji cyfrowej pochodzącej z USA (ang. SONET) i Europy (ang. SDH). W przeciwieństwie do wymienionego wyżej ATD standard SONET/SDH oferuje w swojej strukturze transmisyjnej miejsce wypełniane komórkami ATM zapewniając jednocześnie wszystkie funkcje związane z ramkowaniem, synchronizacja, taktowaniem itd..

Aby zapewnić elastyczność w doborze sposobu transmisji komórek ATM w medium fizycznym, a przy tym jednakowa usługę oferowana warstwie ATM (niezależną od wyboru sposobu transmisji) zastosowano podział warstwy fizycznej na dwie podwarstwy:

- Podwarstwa Medium Fizycznego (ang. Physical Medium Sublayer) - Zadaniem tej podwarstwy jest transmisja bitow i fizyczny dostep do medium. Podstawowe operacje zwiazane sa taktowaniem bitow, kodowaniem i konwersja do postaci sygnalow optycznych lub elektrycznych w zaleznosci od stosowanego medium.

- Podwarstwa Zbieżności Transmisji (ang. Physical Transmission Convergence Sublayer) - w ogólności rola tej podwarstwy jest zamiana ciągu komórek na ciąg bitów i na odwrót. Można wyróżnić takie funkcje jak:

- Cell Rate Decoupling - wstawianie (oraz usuwanie po drugiej stronie lacza) pustych komórek. Ponieważ strumień danych niekoniecznie wypełnia całą przepływność łącza, niezbędne jest dodawanie pustych komórek tak, aby zapewnić ciągłość ich strumienia i zgodność z przepływnością bitów w medium..

HEC Generation (Verification) i Cell Delineation jest odpowiedzialna za wydzielenie komórek ATM ze strumienia bitów otrzymywanych z podwarstwy PM (ang. cell delineation). Zadanie to wykonywane jest w oparciu o pole kontrolne nagłówka komórki HEC - Header Error Control.

TECHNOLOGIE WYKORZYSTYWANE W WARSTWIE FIZYCZNEJ ATM

Wielka zaleta ATM jest fakt niezależności i braku przypisania do jednego rodzaju medium fizycznego i prędkości transmisji. Poniżej prezentuje aktualnie stosowane technologie transmisji komórek ATM w sieci, dzieląc je na dwie podgrupy:

1. W zakresie wykorzystania ATM w sieciach rozległych - WAN (ang. Wide Area Networks).

- SONET/SDH (w oparciu o światłowód jednomodowy)

- DS3/E3

2. w środowisku sieci LAN:

- TAXI 4B/5B

- 8B/10B

- SONET/SDH

Warstwa ATM - w tej warstwie definiowana jest budowa komórki ATM i związane z tym sposoby jej transportu przez siec, zarządzania ruchem, ustalania jakości połączeń.

Sieci oparte o technologie ATM są konfigurowane jako gwiazda lub hierarchiczna gwiazda (w przypadku połączeń miedzy komutatorami) z komutatorem (switch'em) ATM w centrum. Wyróżnia się dwa typy interfejsów:

- UNI - User/Network Interface, który łączy CPE (ang. Customer Premises Equipment) z siecią ATM czyli odpowiada za styk użytkownik - sieć publiczna. Interfejs UNI powinien zapewniać użytkownikowi podłączenie do globalnej sieci urządzenia typu:

- terminal szerokopasmowej B-ISDN

- urządzenie sieci LAN/MAN przystosowane do współpracy z standardem ATM

- komutator - switch - ATM

- NNI - Network/Network Interface łączący tylko porty switch'ow ATM - tzn. za ich pośrednictwem łączone są sieci i podsieci ATM. Mówimy tutaj o styku siec publiczna-siec publiczna.

Podział na dwa rodzaje interfejsów spowodował rozróżnienie dwóch formatów komórek ATM. Komórka ATM dla UNI zawiera dodatkowe pole GFC - Generic Flow Control kosztem obcięcia pola VPI

Format komórki ATM

BAJT 1	BAJT2	BAJT3	BAJT4	Znaczenie
00000000	00000000	00000000	00000001	Pusta komórka
00000000	00000000	00000000	00001001	Komórka związana z OAM PH Layer
PPPP0000-UNI 00000000-UNI	00000000	00000000	0000PPP1	Komórka używana przez PH Layer

OAM - Operation And Maintenance - funkcje związane z zarządzaniem i utrzymaniem sieci.

P - oznacza ze bit może być wykorzystywany przez Warstwę Fizyczna.

Dla interfejsu UNI pewne kombinacje wartości pól VPI/VCI, PT, CLP są przeznaczone dla potrzeb funkcji związanych z sygnalizacja, wysyłaniem broadcast'ow, realizacji przepływu informacji związanych z OAM itp. W przypadku NNI zdefiniowano tylko cześć wyróżnionych postaci pól VPI/VCI, PT, CLP służących realizacji przepływu informacji związanych z OAM

GFC (ang. Generic Flow Control) - cztery bity kontroli przepływu stosowane w przypadku interfejsu UNI kiedy różnorodne urządzenia będą współdzieliły medium.

VPI/VCI - Virtual Path Identifier / Virtual Channel Identifier - bity identyfikacji wirtualnej sciezki (ang. VPI) i kanału (ang. VCI) tworzące tzw. routing field - pole decydujące o routingu - transmisji komórki w sieci - miedzy węzłami ATM.

KOMUTACJA

Ze względu na istnienie dwóch poziomów komutacji - niższego operującego pojęciem ścieżki logicznej i wyższego bazującego na kanale logicznym rozróżniamy dwa elementy komutacyjne:

• punkty komutacyjne ścieżek logicznych VPI - ATM cross-connect (pol. przelacznice ATM) - działające wyłącznie na polu VPI. Tak wiec numery kanałów logicznych są przesyłane w postaci niezmienionej przez cale połączenie ścieżki logicznej.

• punkty komutacyjne kanałów logicznych VCI - ATM switch (pol. łącznice lub komutatory ATM) - działające na obu polach VPI/VCI Poniższy rysunek prezentuje idee pracy obu typów urządzeń ATM i zależności miedzy VPI i VCI.

PT - Payload Type - 3-bitowe pole służące do identyfikacji typu informacji jaka niesie komórka. Pozwala ono na odróżnienie danych użytkownika od informacji kontrolnych - związanych z serwisem, zarządzaniem i gospodarka zasobami sieci.

Norma I.361 wyróżnia następujące PT:

- PT=000, komórka z danymi użytkownika, nie było zatłoczenia, ATM-user-to-ATM-user indication=0,

- PT=001, komórka z danymi użytkownika, nie było zatłoczenia, ATM-user-to-ATM-user indication=1,

- PT=010, komórka z danymi użytkownika, było zatłoczenie, ATM-user-to-ATM-user indication=0,

- PT=011, komórka z danymi użytkownika, było zatłoczenie, ATM-user-to-ATM-user indication=1,

- PT=100, komórka niesie dane związane z zarządzaniem i utrzymaniem sieci,

- PT=101, komórka niesie dane związane z zarządzaniem i utrzymaniem sieci,

- PT=110, komórka niesie dane związane z gospodarowaniem zasobami sieci.

CLP - (ang. Cell Loss Priority) - bit określający porządek, w jakim siec będzie odrzucała komórki w przypadku jej zatłoczenia - kiedy istnieje niebezpieczeństwo przepełnienia bufora w węźle. Komórki z ustawionym bitem CLP (CLP=1) w pierwszej kolejności zostaną odrzucone, dając możliwość obsłużenia komórek o wyższym priorytecie (w sytuacji awaryjnej).

HEC (ang. Header Error Control) - pole kontrolne informacji przenoszonej przez nagłówek

Payload - warstwa ATM otrzymuje od warstw wyższych 48 -bajtowe segmenty informacji, które wyposaża w odpowiedni nagłówek i transportuje w sieci..

Warstwa Adaptacji ATM (ang. AAL) - wypełnia funkcję, aby siec ATM przenosiła szeroka gamę usług o rożnych charakterystykach ruchu oraz rożnych wymaganiach systemowych, uzależnieniach czasowych itp, niezbędna jest adaptacja rożnych klas aplikacji do jednolitej warstwy ATM

W celu minimalizacji ilości protokołów AAL, organ standaryzacyjny - ITU-T zdefiniowali cztery klasy usług biorąc pod uwagę następujące parametry:

• uzależnienie czasowe miedzy nadawca a odbiorca (wymagane lub nie)

• szybkość transmisji (stała lub zmienna)

• tryb transmisji (połączeniowa lub bezpołączeniowa)

Zdefiniowano cztery protokoły warstwy adaptacji ATM:

- AAL1 - wspomaga usługi połączeniowe. wymagające stałej prędkości transmisji charakteryzujące się uzależnieniem czasowym pomiędzy nadawca a odbiorca.

- AAL2 - wspomaga usługi połączeniowe, wymagające zmiennej (przydzielanej dynamicznie) prędkości transmisji (ang. VBR - Variable Bit Rate) i zachowania zawartej w nich informacji o taktowaniu.

AAL3/4 - wspomaga usługi o zmiennym zapotrzebowaniu na przepustowość, zarówno połączeniowe, jak tez bezpołączeniowe (klasy usług "C" i "D"). Początkowo istniały dwa oddzielne protokoły AAL3 oraz AAL4 odpowiednio dla usług połączeniowych i bezpołączeniowych. Zostały jednak połączone w jeden, nazywany AAL3/4

AAL5 - wspomaga usługi połączeniowe o zmiennym zapotrzebowaniu na przepustowość. W stosunku do AAL3/4 jest on wersja znacznie odchudzona m.in. poprzez uproszczenie korekcji błędów. Dzięki temu większe pole w komórce ATM przeznaczone jest na informacje użytkownika (warstwy wyższej). Upraszcza się także obróbka komórki oraz implementacja protokołu. Zakwalifikowano go jako wspomagającego klasie usług "C", chociaż istnieją projekty wykorzystania go do transportu usług bezpołączeniowych (projekt ATM Forum - "LAN-emulation" oraz specyfikacja IETF dotyczącą transportu protokołu IP przez siec ATM).

PROBLEM ZATŁOCZENIA W SIECI ATM

Zagadnienie to jest ściśle związane z wymiarowaniem pamięci buforowych komutatorów ATM (ang. switch). Główna przeszkoda w rozwiązaniu tego problemu jest bardzo złożona statystycznie struktura strumienia komórek w sieci ATM, trudna do opisania za pomocą prostego modelu matematycznego. Warto w tym miejscu przeanalizować prace komutatora ATM o N portach wejściowych (oczywiście mamy równocześnie N portów wyjściowych), do których wpływa N strumieni komórek. Jeżeli założymy pojemność M buforów komutatora to możemy stwierdzić, ze w danej chwili do portu wyjściowego (określonego na podstawie pola VPI/VCI i informacji zawartej w tablicy połączeń) może być skierowanych nie więcej niż M komórek. W przypadku kiedy więcej niż M komórek powinno być skierowanych do danego portu wyjściowego, to cześć z nich musi pozostać w buforach wejściowych do czasu uzyskania dostępu do danego wyjścia komutatora. Ponieważ bufory wejściowe i wyjściowe maja ograniczoną pojemność, to łatwo zauważyć, ze nadchodzące do komutatora komórki, które zastają pełny bufor wejściowy są tracone.

Aktualnie stosowane rozwiązanie tego problemu polega na:

- Zastosowaniu w środowisku lokalnych sieci ATM komutatorów - switch'ow - o pojemności większej niż sumaryczna pojemność ich portów wejściowych

- W przypadku sieci rozległych ATM problem jest bardziej złożony. Na dzień dzisiejszy jego rozwiązanie opiera się na działaniu (wciąż opracowywanego) standardu Q.93B. W Q.93.B urządzenie użytkownika deklaruje w fazie nawiązywania połączenia maksymalna wartość trafiku, jaki może generować w zgłaszanym połączeniu. Tak wiec komutator ATM sprawdza, czy ma wystarczająco dużo pamięci, aby obsłużyć już istniejące połączenia plus nowo zgłaszane - i jeżeli tak to jest ono akceptowane. W przeciwnym wypadku zgłoszenie potrzeby nawiązania połączenia nie zostaje obsłużone

Najważniejsze funkcje jakie powinien realizować standard ATM, aby właściwie zarządzać zasobami sieci:

• Acceptance Function - każdy komutator akceptuje zgłoszenie połączenia przydzielając mu pare VPI/VCI na podstawie zbioru dyskutowanych wcześniej parametrów trafiku i pod warunkiem, ze nie zakłóci to (obsługą tego połączenia) jakości usług oferowanych - zapewnionych - już istniejącym połączeniom. Warto dodać, ze w przypadku odmowy obsługi połączenia przez switch urządzenie końcowe lub poprzedni switch na drodze informacji może wybrać alternatywna drogę.

• Policing Function - ta funkcja służy kontroli przestrzegania przez źródło informacji zasad ustanowionych w fazie nawiązania połączenia - zmiana priorytetu komórek, przekroczona maksymalna przepływność itp.

• Charging Function - wymierna taryfikacja za usługi, z jakich korzysta użytkownik

• Traffic Shaping Function - implementowana w urządzeniach końcowych - źródłach trafiku - ma na celu kształtowanie charakterystyki przepływu informacji na podstawie danych uzyskiwanych od funkcji Policing i Charging.

CATV

Do transmisji sygnałów telewizyjnych w sieciach telewizji kablowych CATV (ang. common antenna TV lub cable TV). Topologia takiej sieci przypomina strukturę drzewa, światłowody zaś stosuje się do transmisji sygnału na dalsze odległości w „pniu" i głównych gałęziach takiego drzewa.

Potrzeba stosowania światłowodów wynika z dużego tłumienia kabli koncentrycznych na wyższych częstotliwościach i zależności tego tłumienia od częstotliwości. Przy transmisji na duże odległości niezbędne okazuje się stosowanie dużej liczby wzmacniaczy i korektorów toru kablowego połączonych kaskadowo. W takiej konfiguracji trudne jest uzyskanie dużej liczby kanałów przy zapewnieniu właściwej jakości transmisji i niezawodności. W odróżnieniu od poprzednio prezentowanych systemów cyfrowych, systemy CATV są systemami analogowymi przeznaczonymi do transmisji kilkudziesięciu kanałów telewizyjnych, zazwyczaj nadawanych bezpośrednio bez zmiany modulacji (tzn. przy modulacji AM-VSB) za pomocą zwielokrotnienia częstotliwościowego. Ponieważ każdy kanał telewizyjny zajmuje pasmo około 6 MHz, nietrudno jest policzyć, że pasmo tego zwielokrotnionego częstotliwościowo sygnału może przekroczyć 500 MHz.

W nadajniku szerokopasmowy sygnał AM-VSB zawierający wszystkie kanały telewizyjne jest używany do bezpośredniej modulacji mocy lasera przez zmianę jego prądu. Informacja jest transmitowana światłowodem do węzła sieci, gdzie fotodetektor zamienia ją z powrotem na sygnał RF. Po wzmocnieniu sygnał ten przesyłany jest na stosunkowo niewielkie odległości kablem współosiowym do poszczególnych abonentów. W tablicy podano wymagania dotyczące parametrów sygnału AM-VSB: wymagania minimalne przy dołączeniu sygnału do abonenta zgodne z odpowiednimi standardami i pożądane wymagania dotyczące analogowej transmisji światłowodowej.

Parametr		Wymagania minimalne	Transmisja światłowodem
Liczba kanałów		do 100
Stosunek mocy nośnej do mocy szumu CNR		43 dB	55dB
Zniekształcenia nieliniowe	CTB	55 dB	65 dB
		CSO	51 dB	65 dB
		Xmod	51 dB	65 dB
Bilans mocy			10 dB
Zasieg			20 km

Wymagania dotyczące transmisji światłowodowej znacznie przekraczają wymagania minimalne. Jest to zrozumiałe, gdyż sygnał odebrany ze światłowodu jest jeszcze transmitowany przez sieć kabli koncentrycznych, gdzie ulega dodatkowym zniekształceniom. Oprócz modulacji AM-VSB w systemach CATV używane są również inne rodzaje modulacji analogowych ze zwielokrotnieniem częstotliwościowym, z których najważniejszą jest FM (modulacja częstotliwości). Systemy FM-FDM rozwijane są zwłaszcza w Japonii. Służą one do bezpośredniej (tzn. tylko po konwersji częstotliwości, ale bez demodulacji) transmisji sygnału telewizyjnego odebranego z satelity radiodyfuzyjnego światłowodem na odległości przekraczające 20km. Jak wiadomo satelita transmituje wiele kanałów telewizyjnych; w każdym kanale typowy sygnał telewizyjny AM-VSB moduluje częstotliwościowo nośną mikrofalową. W efekcie otrzymujemy sygnał FM, który dla pojedynczego kanału zajmuje pasmo 27 MHz. Potrzebny dla uzyskania poprawnej jakości odbioru (CNR = 38 dB po demodulacji FM) stosunek mocy nośnej do mocy sygnału wynosi 14 dB. Dobrą jakość odbioru uzyskuje się przy wzroście tego stosunku do 17 dB. Zasadniczą wadą systemu CATV z użyciem modulacji FM jest to, że wymaga on demodulacji do sygnału AM-VSB akceptowanego przez odbiorniki telewizyjne abonentów. Zaletą zaś - mniejszy wymagany stosunek mocy nośnej do mocy szumów, co eliminuje szumy RIN, oraz mniejsza ze względu na stały poziom mocy wrażliwość na zniekształcenia nieliniowe.

światłowód

nadajnik

Odbiornik
optyczny

Nadajnik
systemu kablowego

Linia mikrofalowa

nadajnik laserowy

Odbiornik lokalny

Kable wpółosiowe

Nadajnik

światłowód

Detektor

Laser

Szerokopasmowy
sygnał RF

Kabel
współosiowy

Szerokopasmowy
sygnał RF

Węzeł
Światłowodowy

System transmisyjny z szerokopasmową modulacja AM

---