Оптика лямбда что это

Обновлено: 08.01.2025

НА СМЕНУ СПЕКТРАЛЬНОМУ УПЛОТНЕНИЮ ПРИХОДИТ ТЕХНОЛОГИЯ ЛЯМБДА-КОММУТАЦИИ

Действительно, в настоящее время практически все операторы дальней связи рассматривают технологию DWDM в качестве едва ли не единственного способа преодолеть исчерпание пропускной способности магистральных каналов и даже создать надежный запас на будущее. Росту ее популярности способствовали также совместимость с существующей инфраструктурой ВОЛС и экономичность по сравнению с традиционными способами наращивания пропускной способности опорных сетей.

Эта же идея, перенесенная на физический уровень оптической сети, приобрела форму протокола Generalized MultiProtocol Label Switching (GMPLS), иногда именуемого MultiProtocol lambda Switching (MPlS). Коммутация здесь осуществляется уже не на основе меток, содержащихся в заголовках пакетов, а в соответствии с длинами волн, на которых передается трафик того или иного типа.

Ключ к развертыванию подобных услуг состоит, во-первых, в прозрачности транспортной инфраструктуры по отношению к типу, формату и методам кодирования трафика, к протоколам и скоростям передачи, а во-вторых, в кардинальном упрощении самой сетевой модели.

Современные оптические сети, как правило, имеют четырехуровневый стек протоколов: за физическую пропускную способность отвечает DWDM, транспортные функции возложены на SONET/SDH, управление трафиком реализовано на ATM-уровне, а приложения используют протокол IP. Общим недостатком подобных многоуровневых архитектур является так называемый эффект наименьшего общего знаменателя: один из уровней нередко ограничивает возможности системы в целом, например снижает масштабируемость сети.

Логично предположить, что еще долгое время в СПД будет доминировать трафик IP, так что агрегация медленных потоков данных с высокоскоростными потребует применения быстродействующих маршрутизаторов. Если же рассматривать потоки IP-пакетов, при передаче которых можно обойтись без технологии DWDM, то для их обработки будет использоваться статистическое мультиплексирование. Сказанное означает, что стремительный рост производительности оборудования оптических сетей позволит удалить из сетевой модели уровни SONET/SDH и ATM; соответствующие функции со временем перекочуют к маршрутизаторам, оптическим коммутаторам и устройствам DWDM . Возникающая в результате сетевая инфраструктура оказывается более эффективной со стоимостной точки зрения и при этом способной транспортировать гигантские объемы разнородного трафика.

Вместо четырех она будет включать всего два уровня — транспортный (фотонный) и сервисный. Поначалу в первый попадут оптические коммутаторы и системы спектрального мультиплексирования, а во второй — маршрутизаторы, ATM-коммутаторы и мультиплексоры ввода/вывода. Но постепенно некоторые из этих устройств прекратят свое существование в качестве самостоятельных компонентов оптической сети. Взаимодействие между различными элементами сети в новой архитектуре осуществляется через общую стандартизованную платформу управления (control plane). Именно она позволяет интегрировать оптическое оборудование нового поколения и унаследованные устройства в единую гетерогенную среду.

Следует сказать, что переход на обработку трафика в соответствии с несущими длинами волн означает смену парадигмы коммутации/маршрутизации, господствующей в современных сетях передачи данных. Внедрению новой технологии должно предшествовать расширение стандартных протоколов сигнализации и маршрутизации, в частности OSPF и IS-IS. Предстоит ликвидировать нестыковки между GMPLS и оптической версией популярного протокола UNI (Optical User-to-Network Interface, O-UNI), а также между GMPLS и ODSI (Optical Domain Service Interconnect). Появление технологии лямбда-коммутации потребовало создания нового протокола управления соединениями между соседними узлами оптической сети (Link Management Protocol, LMP). И конечно же, в реализации лямбда-коммутации в конкретных сетях решающая роль отводится физическим носителям новой технологии.

Среди всего многообразия компонентов оптических транспортных сетей при переходе на редуцированную (двухуровневую) модель ключевую роль начинают играть мультиплексоры ввода/вывода и оптические коммутаторы. Функции этих устройств состоят в установлении соединений на уровне оптических каналов между входными и выходными портами, терминации каналов, согласовании уровней сигналов и — факультативно — в управлении длинами волн и контроле за соединениями.

Для потребителя различие между мультиплексорами и коммутаторами зачастую сводится к числу поддерживаемых входных оптических портов. Однако при внешней схожести функций в технологическом плане появление оптических коммутаторов (optical cross-connect, OXC; иногда эти устройства называют также лямбда-маршрутизаторами и маршрутизаторами длин волн) ознаменовало собой принципиально новый взгляд на обработку трафика в оптической сети. Исключение фазы преобразования оптических сигналов в электрические и обратно на сетевых узлах открывает путь не только к радикальному повышению пропускной способности, но и к развертыванию новых типов услуг.

Оптический коммутатор осуществляет динамическое изменение конфигурации сети (на уровне отдельных оптических каналов) в целях восстановления транспортировки трафика после отказов или в ответ на изменившиеся потребности в пропускной способности. Помимо управления соединениями и пропускной способностью он отвечает за ввод/вывод каналов, эффективность использования спектрального ресурса, повышение надежности инфраструктуры магистральной сети, особенно при наличии незащищенных портов маршрутизаторов, а также за маршрутизацию трафика.

Следует подчеркнуть, что выполнение столь разнородных функций в мультисервисной среде, например объединяющей низкоскоростные городские сети или сети доступа с высокопроизводительными магистралями, невозможно без вспомогательного компонента, обеспечивающего согласование потоков разной интенсивности. Таким компонентом являются оптические шлюзы, которые, согласно прогнозам аналитиков, со временем неизбежно вытеснят сегодняшние цифровые коммутационные системы (Digital Cross-connect System, DCS) и будут осуществлять преобразование скоростей при передаче трафика между сетями разных типов, согласование форматов передаваемых данных и управление широкополосными услугами на уровне электрических сигналов.

Несмотря на то что первые модели оптических коммутаторов уже демонстрировались на сетевых выставках, их активный выход на рынок еще ждет своего часа. Применение оборудования этого класса не в последнюю очередь будет зависеть от популярности концепции лямбда-коммутации, но рано или поздно операторам придется выбирать между изделиями разных производителей. Кроме традиционного ценового фактора, а также времени коммутации, масштабируемости и продублированности компонентов, на принятие решения о покупке будут влиять несколько дополнительных обстоятельств.

Среди желательных свойств отметим еще способность работать в неблокирующем режиме при максимальном числе установленных соединений, а также поддержку многоадресной пересылки с одного входного порта на несколько выходных. В идеале коммутатор должен обрабатывать любое число многоадресных передач — без блокировки уже установленных соединений.

Отсутствие стандартов грозит стать камнем преткновения не только на уровне оптических интерфейсов. Серьезную проблему представляет управление оптическими коммутаторами. Современные системы сетевого администрирования не поддерживают операций с отдельными длинами волн, да и вообще пока отсутствуют общепринятые соглашения о процедурах формирования оптических каналов для конкретных сервисов и о методах мониторинга таких каналов. К тому же мало кто из операторов может похвастать богатым опытом работы с технологией DWDM — что уж говорить о лямбда-коммутации. Вывод очевиден: на первых порах функции управления оптическими коммутаторами будут появляться в составе патентованных систем сетевого администрирования.

В качестве едва ли не единственного выхода из положения в последние годы рассматривается применение оптической коммутации в буквальном смысле этого слова: коммутационная матрица также является оптической и никаких преобразований O/E/O не производится. Коммутация оптических сигналов, то есть их непосредственная пересылка с входных портов на требуемые выходные, может осуществляться либо с применением микроволноводов, либо при помощи микроскопической электромеханической системы (micro-electromechanical system, MEMS), объединяющей множество отражающих или преломляющих элементов. Несмотря на сохраняющиеся технологические проблемы, второй подход сегодня выглядит более предпочтительным, поскольку он позволяет создать интегрированные многофункциональные устройства, заметно снизить энергопотребление, а также достичь высокой масштабируемости при переходе на трехмерную архитектуру.

Система MEMS применена в коммутаторе LambdaRouter производства Lucent. Эта модель содержит матрицу из 256 зеркал, каждое из которых имеет диаметр 0,5 мм. Суммарная площадь матрицы не превышает 1 кв. дюйма (около 6,5 кв. см). Специальная система управления наклоном зеркал способна обеспечить перенаправление оптических сигналов с любого из 256 входных портов на любой из 256 выходных. На сегодняшний день каждый порт рассчитан на работу с единственной длиной волны при максимальной поддерживаемой скорости передачи 40 Гбит/с. По данным самого производителя, исключение стадии преобразования сигналов в электрическую форму позволило в 100 раз снизить энергопотребление и в 32 раза — форм-фактор коммутационной матрицы (по сравнению с электрическим ее вариантом).

устройства, коммутирующие сигналы от целых оптических волокон (Fiber switch Cross-Connect, FXC);
селективные коммутаторы, обрабатывающие отдельные длины волн (Wavelength Selective Cross-Connect, WSXC);
коммутаторы со сдвигом частоты (Wavelength Interchanging Cross-Connect, WIXC).

НА СМЕНУ СПЕКТРАЛЬНОМУ УПЛОТНЕНИЮ ПРИХОДИТ ТЕХНОЛОГИЯ ЛЯМБДА-КОММУТАЦИИ

устройства, коммутирующие сигналы от целых оптических волокон (Fiber switch Cross-Connect, FXC);
селективные коммутаторы, обрабатывающие отдельные длины волн (Wavelength Selective Cross-Connect, WSXC);
коммутаторы со сдвигом частоты (Wavelength Interchanging Cross-Connect, WIXC).

Региональные представители:

Глава№1 – CWDM для "чайников"

1.То, что CWDM это грубое оптическое уплотнение, пожалуй знают все.
2. Модули CWDM, как правило, всегда ДВУХВОЛОКОННЫЕ
3. Грубым этот способ оптического уплотнения назван потому, что расстояние между каналами составляет 20nm, в отличие от DWDM где "расстояние" между каналами составляет 0,8nm.
4. У CWDM есть основной диапазон 1310-1610 и к нему недавно были добавлены 1270 и 1290,
то есть полный список длин волн CWDM - 1270,1290,1310, 1330, 1350, 1370, 1390,1410, 1430, 1450, 1470, 1490, 1510,1530, 1550, 1570, 1590,1610 всего 18 волн, или лямбд.
5. Лямбда - от имени греческой буквы, которая обозначает длину волны в физике. Лямбда = длина волны.
6. Для работы модуля CWDM нужно 2 длины волны, две лямбды.
7. У модуля CWDM передатчик (лазер) четко "заточен" на длину волны передачи, а приемник - широкополосный, то есть, приемник может принимать любую длину волны, которую вы в него включите.
8. Из вышесказанного следует то, что любой CWDM модуль будет работать с любым другим модулем, в независимости от длины волны. (часто cwdm модули могут быть использованы вместо обычных двухволоконок, притом любой с любым образуют пару)
9. Разная длина волны - проще свет разного цвета, по аналогии, желтый, красный, зеленый и т.д.
9. Мультиплексоры - это устройства, которое объединяет множество световых потоков разного цвета в одно или два волокна, и наоборот - разбирает многоцветный световой поток на отдельные лямбды.

10. Есть два подхода - одноволоконный и двухволоконный.
а) В двухволоконной схеме для передачи используется 2 волокна, одно на передачу, другое на прием. На передающей стороне стоит устройство MUX, на принимающей стороне стоит устройство DEMUX. Все потоки передачи включаются в MUX, объединяются, а с другой стороны, в DEMUX разбираются по длине волны и включаются в приемники модулей. В обратную сторону работает другая пара MUX-DEMUX. В каждой паре может быть использован полный набор из 18 длин волн. Устройство Mux и Demux с каждой стороны исполняется в одном корпусе. Недостаток - необходимость наличия 2х волокон для такой системы. (Данная система считается устаревшей и редко используется)
б) В одноволоконной схеме для передачи используется только одно волокно, у мультиплексора может быть не более 18 лямбд. Это позволяет включить не более 9 эзернет каналов. Каждая лямда используется либо на прием, либо на передачу. Если в точке А, эта длина волны используется на передачу, то в точке B она будет использоваться на прием.
Именно одноволоконная схема используется повсеместно, именно о ней мы будем дальше говорить.

11. В одноволоконной схеме, которую мы будем дальше обсуждать, количество оптических каналов в мультиплексоре в два раза больше, чем количество эзернет каналов, (каналов модуль-модуль)Почему? (см. п.2 и п.6)Именно поэтому важно различать оптические и эзернет каналы.
12. Для мультиплексора безразлично, на какой скорости вы осуществляете передачу, 1G или 10G. Мультиплексор пассивное устройство, в соседних портах могут работать устройства разной скорости.

13. Мультиплексор имеет разъемы LC/UPC для подключения к модулям (потому что практически у всех модулей CWDM разъемы LC),
и разъем для подключения в линию например SC/UPC или SC/APC, или любой другой. Мультиплексор можно "упаковать" в патчпанель,
тогда разъемы такого мультиплексора могут быть любыми - FC, LC, SC и т д. Некоторые "хвостики", включая разъем линии, могут иметь APC
полировку, быть зеленого цвета, это делается для снижения отраженного сигнала, как правило, при мултиплексировании в составе систем
CWDM каналов телевидения или DWDM.

14. И для телевидения, и для DWDM используются EDFA усилители, работающие в одном и том же диапазоне 1528nm-1577nm, так называемый диапазон
С-band. Поэтому для пропускания этого потока необходимо сразу 3 канала CWDM - 1530, 1550, 1570.

16. Модули CWDM бывают любого типа - и1G, и 4, и 8, и 10G, всех видов разъемов, SFP, GBIC, XFP, SFP+, X2, XENPAK
То, что модули CWDM безумно дороги - миф, на данный момент цена на обычные модули и на модули CWDM одинаковая,
разница только в том, что модули на 3 и 20 км CWDM не производятся. Почему? (читай п. 17)

17. Работа оптических систем основана на понятии оптического бюджета, то есть разницы между оптической мощностью лазера передатчика
и оптической чувствительностью приемника, выраженной в децибелах. Для 20км модулей это порядка - 9-11dB, для 40км модулей - 14-19dB,
для 80км - 24-26dB, 120km - 32dB, 150km -36dB. В волокне затухание весьма маленькое - от 0,2db/km (на длине волны 1550) до 0,35db/km (на длине волны 1310)
Но на мультиплексорах затухание весьма ощутимо, оно может достигать 5-6dB на некоторых длинах волн, а если учесть, что мультика то два,
при некоторый неблагоприятных обстоятельствах, затухание 2х мультиплексоров может полностью "съесть" бюджет модулей 20км. Что уж говорить про модули
еще меньшей дальности. Именно поэтому модули 20км на 1G вообще НЕ ПРОИЗВОДЯТСЯ, а на 10G начали недавно появляться по причине того,
что в области мультиплексоростроения были достигнуты огромные успехи. Но об этом дальше.(читай п.)

18. На передачу данных,в том числе и CWDM, есть некоторые физические ограничения, которые накладывают отпечаток на номенклатуру модулей. Об этом подробнее
а) Дальность работы модулей на 1G достигает 150km, то есть существуют модули 1G CWDM на 40,80,120 и 150km
б) Дальность работы модулей 10G ограничивается хроматической дисперсией и НЕ МОЖЕТ ПРЕВЫШАТЬ 80км. Поэтому модули 10G (SFP+, XFP, X2 и XENPAK)
существуют на 20, 40 и 80 км.
в) У волокна 652A и 652B существует водяной пик (см. рисунок, зеленый график), поэтому
модулей 10G в диапазоне 1350-1450 не существует, этот диапазон для 10G признается нестабильным.
г) Затухание в направлении от 1270 до 1550 падает от 0,4dB/km до 0,2dB/km, а потом немного растет,
поэтому модули 1G на диапазоне 1270-1450 достигают только 120км, модулей 1270-1450 1G 150km НЕ СУЩЕСТВУЕТ.

Итак обобщим.
SFP 1G 40km. 150km - 1470-1610
SFP 1G 40km. 120km - 1270-1610
SFP+, XFP, X2, XENPAK 20km. 40km. 80km -1270-1330 и 1470-1610

Вывод: На скорости 10G можно пропустить по одному волокну максимум 6 езернет каналов (12лямбд) на расстояние от 20 до 80км, на скорости 1G можно пропустить 4 езернет канала на расстояние 150км, или 9 езернет каналов на расстояние 120км.

В заключение Главы №1 немного справочных материалов:
Таблица затуханий на разных длинах волн.
Эта таблица была рассчитана на базе опубликованного графика (см. рисунок),
а потом подтверждена практическими измерениями на базе лабораторных катушек.
У нас на предприятии есть катушки 42km, 20km, 10km, 6km, 3km.

Начнем с технологии многопротокольной коммутации на основе меток (Multiprotocol Label Switching, MPLS) — наилучшего из имеющихся на данный момент способов реализации возможностей по обеспечению АТМ-подобного качества обслуживания для трафика IP без установления соединений с доставкой данных по мере возможности (но без гарантий). Разрабатываемый стандарт MPLS уже нашел широкое признание, хотя предстоит еще большая работа над различными деталями спецификации. Сейчас мало кто сомневается в том, что сочетание IP с MPLS (в противовес АТМ) будет доминировать в сетях начиная с конца 2001 г.

Примененные вместе, оба стандарта позволяют устройствам IP (маршрутизаторам, коммутаторам) динамически запрашивать пропускную способность у уровня оптического транспорта с помощью имеющихся средств слоя управления. Для реализации этого свойства MPlS выполняет много различных функций, включая поддержку объявлений (сигнализацию) о требуемой пропускной способности и организацию оптического пути через сеть, для чего необходимо знать о характеристиках сетевых каналов данной сети, в частности об их емкости.

Звучит интригующе, но как это все работает и как повлияет в перспективе на сети и сервисы? Повлияют ли новые стандарты на позиции технологии SONET/SDH и облегчат ли они вашу жизнь в ближайшем будущем? Хорошие вопросы, и в этой статье мы попытаемся дать на них ответы.

MPLS ПРОНИКАЕТ ВО ВЛАДЕНИЯ SONET/SDH

Доминирующее положение SONET/SDH в сегодняшнем оптическом мире послужило причиной того, что технология MPlS, первоначально l предназначавшаяся для лямбда-коммутации и оборудования DWDM, была распространена на оборудование мультиплексирования с разделением времени (Ti-me Division Multiplexing, TDM) и SONET/SDH. Новый, более широкий стандарт получил название обобщенной многопротокольной лямбда-коммутации (Generalized Multiprotocol Lambda Switching, GMPLS). Сфера его действия включает мультиплексоры с разделением по времени, мультиплексоры ввода/вывода SONET/SDH, оптические кросс-коннекторы и маршрутизаторы длин волн. Это означает, что стандарт GMPLS применим к устройствам, которые принимают решение на основе временных интервалов (time slots), портов или индивидуальных длин волн. Основная идея состоит в том, чтобы обеспечить сквозную интеллектуальность — от одной границы сети оператора через ее ядро до другой границы — на основе унифицированных средств сигнализации, что должно облегчить управление сетью. При этом те же самые протоколы, которые создают путь на втором или третьем уровнях, используются для создания физического пути на первом уровне.

Желаемый результат? Простота управления, высокая пропускная способность, большая степень предсказуемости, поддержка QoS и соглашений об уровне сервиса (Service Level Agree-ment, SLA), что делает формирование сервиса делом быстрым и оперативным. Вы можете увеличивать или уменьшать требуемую пропускную способность по мере необходимости, в зависимости от требований приложений конечных пользователей, одновременно резервируя сетевые ресурсы. Сначала сфера применения GMPLS скорее всего будет ограничиваться границами ядра сети, но по мере созревания технологии она расширится, включив конечные точки, где нужна сверхвысокая пропускная способность. Питер Эшвуд-Смит, старший технический консультант компании Nortel Networks, в качестве примера применения GMPLS называет дополнение обычной сети IP супермагистралью по требованию. Сочетание оптической коммутации/маршрутизации с технологией SONET/SDH сделает возможным за считанные миллисекунды создавать между любыми конечными точками пути с чрезвычайно высокой пропускной способностью.

Наложенная модель против одноранговой

Оптическая сеть следующего поколения с динамическим выделением пропускной способности может быть построена одним из основных способов, как наложенная (overlay) или одноранговая (peer). Технология GMPLS использует оба способа. Наложенную и одноранговую модели можно рассматривать как два различных подхода к решению вопроса о том, какое именно сетевое оборудование отвечает за принятие решения о выделении пропускной способности и управлении ею.

ЕСЛИ ЭТО ЗАРАБОТАЕТ

Куда же может привести нас эта технология? Некоторые преимущества GMPLS уже были упомянуты: например, большая степень контроля над пропускной способностью, гибкость ее распределения, а также быстрота формирования транспортного сервиса. Для полноты картины отметим еще несколько достоинств.

Другим преимуществом можно назвать уменьшение числа уровней сети. Многие сети сегодня строятся в соответствии с четырехуровневой моделью: DWDM, SONET/SDH, ATM и IP (если идти от нулевого уровня к третьему). Предполагается, что GMPLS позволит IP функционировать непосредственно по DWDM, исключая SONET/SDH и ATM — два наиболее дорогостоящих и плохо масштабируемых уровня. В этом случае обеспечивать поддержку QoS в стиле АТМ и конструирование трафика будет технология MPLS — с помощью маршрутизации с учетом ограничений (Constraint-Based Routing). Эта же методика маршрутизации должна облегчить быстрое изменение пути (сильная сторона SONET/SDH) для защиты трафика и восстановления сети после отказов (см. Рисунок 2).

ЕЩЕ ОДНА ЧАСТЬ ГОЛОВОЛОМКИ

Принимая во внимание важность технологии MPLS/MPlS для телекоммуникационной отрасли, процесс ратификации ее стандартов можно назвать медленным, но поддержка со стороны многих организаций по стандартизации безусловно имеется, включая ITU, ATM Forum, MPLS Forum и IETF. Этот процесс несколько затрудняет то, что разрабатываемый протокол должен работать с другими протоколами. Фактически, необходимо создать целую систему стандартов, подмножеством которой является GMPLS.

GMPLS является частью более широкой архитектуры, называемой Auto-matic Switched Optical Networks (ASON) — автоматические коммутируемые оптические сети, — определенной ITU и предложенной IETF. Этот сверхпротокол включает:

Как самостоятельная инициатива, протокол ODSI, похоже, не имеет перспектив, но по сути его главной задачей была активизация процесса разработки аналогичных протоколов в более признанных организациях по стандартизации. Он похож на протокол O-UNI, который разрабатывается форумом по оптическому межсетевому взаимодействию (Optical Internetworking Forum, OIF). OIF собирается набрать ход благодаря проведению в мае 2001 г. тестирования на совместимость, а также широкому участию в форуме производителей оборудования.

Фрайер отмечает, что и O-UNI, и GMPLS еще далеки от согласованной реализации и не готовы отображать запросы O-UNI на границе в сигнализацию GMPLS в ядре. По крайней мере, вряд ли эти стандарты придут к стабильному состоянию до конца 2001 г. В IETF над GMPLS ведутся интенсивные работы, по одному из оптимистических прогнозов в середине 2001 г. будет проведено тестирование, а в 2002 г. начнется коммерческое внедрение данного стандарта. Что же касается результатов ITU по обеспечению совместной работы пары UNI/NNI, то здесь вряд ли стоит что-нибудь ожидать ранее второй половины 2002 г.

ПО КУСОЧКУ И НЕ ТОРОПЯСЬ

Эволюционный переход к GMPLS будет, вероятно, происходить медленно и в несколько этапов. Главный вопрос — в какой степени DWDM, GMPLS и оптической коммутации удастся заменить SONET/SDH. Все споры в конечном итоге сводятся к тому, насколько операторы связи готовы доверить функции SONET/SDH уровню оптического транспорта. Проверка практикой этой концепции будет, скорее всего, проходить медленно, но неуклонно.

Другие производители, подобно новичку в области городских сетей компании Atoga Systems, подчеркивают, что формирование пути GMPLS далеко от состояния, которое можно было бы назвать дружественным для администратора. Гириш Мюкай, директор по маркетингу продуктов и главный конструктор компании Atoga, считает, что улучшения нужны для упрощения следующих операций:

организации пути MPLS в сети IP с помощью доступа посредством интерфейса командной строки к двум маршрутизаторам (по одному в каждой конечной точке пути);
определения и управления политикой отображения пакетов на пути MPLS;
эффективного управления пространством меток MPLS;
специфического поддержания QoS с помощью MPLS, чтобы провайдеры могли предлагать и поддерживать соглашения об уровне сервиса (Service Level Agreement, SLA).

Эти проблемы появились еще в MPLS, но они остаются и в GMPLS.

Трудно оценить объем работ, проводимых сейчас в этой области, но ясно, что технология GMPLS будет гораздо менее привлекательной без развитых функций формирования услуг. Наверняка операторы дальней связи и оптовые провайдеры не проявят значительного интереса к новой технологии, пока она не даст им способ зарабатывания денег (а не просто средство сокращения эксплуатационных расходов). Тем не менее последователи GMPLS скоро появятся, ими станут прежде всего те операторы, у которых есть собственные транспортные сети, оптические волокна и вертикальные услуги, включая услуги IP и приложений; традиционные операторы скорее всего не будут спешить с внедрением, учитывая регламентирующие их деятельность ограничительные инструкции.

Ожидание может быть долгим, но оно стоит того. От администраторов корпоративных сетей не потребуется никаких дополнительных усилий для того, чтобы начать пользоваться преимуществами GMPLS, так как эта технология будет полностью прозрачна для конечных пользователей, а все трудности лягут на плечи провайдера. Это может несколько затруднить оценку услуг GMPLS, когда они появятся, но качество данного сервиса определяется его возможностью поддерживать почти мгновенное формирование канала и обеспечивать добавление или уменьшение пропускной способности, так что пользователь платит только за то, в чем он действительно нуждается. При этом он получает возможность одновременно управлять параметрами QoS в рамках соответствующего соглашения об уровне сервиса. Звучит чересчур оптимистично? Наверное, да. Но учтите, что мы разговариваем за полтора-два года до того момента, когда GMPLS станет реальностью. И когда это произойдет, вспомните: именно в нашем журнале вы впервые услышали об этой технологии!

Дифракционная решетка - оптическое устройство, представляющее собой совокупность большого числа параллельных щелей, равноудаленных друг от друга.

Суммарная ширина щели и штриха (a+b=d) – период решетки.

! d=((a+b)*N)/N=C/N!, где С –ширина решетки, N -число штрихов на ней.

на нем: Л- линза; Р – решетка; Э - экран

Максимумы, которые образуются на экране, после интерференции вторичных волн, идущих от узких щелей, удовлетворяют условию:

!d*sin фи = k*лямбда! - формула дифракционной решетки.

фи - угол дифракции (угол отклонения от прямолинейного направления);

k - порядок спектра;

лямбда - длина волны света, освещающего решетку,

Дифракционные спектры для монохроматического света представляет собой чередование максимумов и минимумов по обе стороны от центрального механизма. Максимумы имеют цвет соответствующей длины света, освещающего решетку.

Если решетку освещать белым светом, то центральный максимум будет белым, а остальные будут представлять собой чередование цветных полос плавно переходящих друг в друга, т. к. sin фи= k*лямбда/d - зависит от длины волны света. D = к/t - угловая дисперсия решетки. R =k*N - разрешающая способность.

Диффузия в жидкости. Уравнение Фика. Уравнение диффузии для мембран.

Диффузия - самопроизвольное проникновение молекул одного вещества между молекулами других.

Явление диффузии - важный элемент диффракционирования мембран. При диффузии происходит перенос массы вещества. В биофизике это называется транспорт частиц. Основным уравнением диффузии является уравнение Фика:

где I – плотность частиц при диффузии в жидкость.

D – коэффициент диффузии.

Коэффициент 1/3 возник ввиду трехмерного пространства и хаоса в движении молекул (в среднем в каждом из 3-х направлений перемещается 1/3 часть всех молекул)

сигма - средняя длина свободного пробега молекул

тау -среднее время оседлой жизни молекул

С- массовая концентрация молекул

Х- перемещение молекул вдоль оси X

- градиент массовой концентрации

Уравнение диффузии можно записать в виде:

n – концентрация молекул.

Градиент концентрации

R- универсальная газовая постоянная; Т- абсолютная температура градиент химического потенциала,

Тогда

С - концентрация частиц. А Эйнштейн показал, что D пропорционально Т. Дня биологических мембран уравнение Фика имеет вид:

- концентрация молекул внутри клеток

- коэффициент проницаемости

l – толщина мембраны.

Дифракция света на щелях.

Дифракцией света называют явление отклонения света от прямолинейного распространения в среде с резкими неоднородностями.
Описать картину дифракции можно с учетом интерференции вторичных волн.

Рассмотрим дифракцию от узкой щели (АВ)

MN – непрозрачная преграда;

АВ=а – ширина щели;

АВ – часть волновой поверхности, каждая точка которой является источником вторичных волн, которые распространяются за щелью по разным направлениям. Линза соберет лучи А, А₁ и В в точке О₁ экрана.

АD - перпендикуляр к направлению пучка вторичных волн. Разбили ВD на отрезки =лямда/2.

АА₁, А₁В - зоны Френеля. Вторичные волны, идущие от двух соседних зон Френеля, не гасят друг друга, так как отличаются по фазе на пи. Число зон, укладывающихся в щели, зависит от длины волны лямда и угла альфа.

Если щель АВ разбить при построении на нечетное число зон Френеля, а ВD на нечетное число отрезков, равных лямда/2, то в точке О₁ наблюдается максимум интенсивности света. ВD=а*sinα=+-(2k+1)*лямда/2.

Если щель разбить на четное число зон Френеля, то наблюдается минимум освещенности: а*sinα=+-2k*лямда/2=+-k*лямда.

Поэтому на экране получится система светлых (mах) и темных (min) полос симметричных относительно центра (альфа=треугольник - изменение) - наиболее яркой полосы.

Интенсивность остальных максимумов убывает с увеличением к.

3аконы излучения абсолютно чёрного тела (Стефана - Больцмана, Вина). Формула Планка. Использование термографии в диагностике.

Излучение чёрного тела имеет сплошной спектр. Графически это выглядит для разных температур так:

Существует максимум спектральной светимости, который при повышении

температуры смещается в сторону коротких волн.

По мере нагревания чёрного тела его энергетическая светимость (Re)

увеличивается: Re = опред интеграл от 0 до бескон от Eлямда*dлямда

Стефан и Больцман установили, что Re=сигма*T^4

Сигма = 5,6696*10^-8 Вт/K*м^2 - постоянная Стефана-Больцмана,

T=t+273 - абсолютная (термодинамическая) температура по шкале

Кельвина. Все замечали это на практике, чем выше температура спирали, нагретой печи, тем больше они излучают тепла.

Планк получил формулу для спектральной плотности абсолютно черного тела (Eлямда) и серого тела (r лямда) (лямда-индекс): Eлямда=2п*h*c^2/лямда^5 * 1/exp[h*c/k*T*лямда-1]

альфа - коэффициент поглощения

h - постоянная Планка;

С - скорость света в вакууме;

лямда - длина волны;

k - постоянная Больцмана;

Т - абсолютная температура.

2 Затухающие колебания и декремент затухания. Апериодические колебания.

Свободные колебания (происходящие без внешнего воздействия периодически действующей силы) являются затухающими. График затухающих колебаний имеет вид:

Амплитуда колебаний с каждым разом убывает. Затуханию способствуют силы трения и сопротивления, возникающие в средах. Пусть r-коэффициент трения, характеризующий свойство среды оказывать сопротивление движению. Тогда БЕТТА= r/2m – коэффицент затухания.

Wo= корень(K/m) – циклическая частота собственных колебаний, тогда W^2=Wo^2-БЕТТА^2, где W – циклическая частота затухания колебаний.

Быстрота затухания колебаний определяется коэффициентом затухания. Уравнение затухающих колебаний имеет вид А=Ао*l в степени минус бета*t

Ao – первоначальная амплитуда, А-амплитуда затухающих через время t.

Лямда=lnA(t)/A(t+T)=lnAo*(e в степени минус бета*t)/Ao*e^-бета*(t+T)=ln(e^ бета*t) –логарифмический декрет затухания.

!Лямда=бета*Т!- связь логарифмического декремента затухания с коэффициентом затухания. При сильно затухании колебания становятся апериодическими (если бета^2>Wo^2)

№31 Импеданс полной цепи переменного тока. Сдвиг фаз. Резонанс напряжения.

Рассмотрим последовательно соединенные R, L, C.

При последовательном соединении:

1) Uвх=U0*cosW*t=Ur+Ul+Uc – входное напряжение.

2) I=I0*cos(W*t-фи) – сила тока в цепи.

Начертим векторную диаграмму:

Ur0 – совпадает по фазе с силой тока;

Ul0 – опережает на пи/2;

Uc0 – отстает от тока на пи/2.

По теореме Пифагора: (U0)^2=(U0r)^2+(U0l-U0c)^2

Сократив обе части уравнения на (I0)^2 получим выражение для полного сопротивления (Z):

Z=квадратный корень из (R^2+(W*L-1/W*c)^2) – импеданс.

Если сопротивление катушки Xl= W*L равно сопротивлению конденсатора Xc=1/W*c, то полное сопротивление Z=R; по закону Ома Iрез=U0/Z=U0/R (Iрез – резонансный ток) – сила тока резко возрастает – РЕЗОНАНС. При этом Ul=Uc>>U0 – резонанс напряжений. Это возможно, т.к. Ul и Uc сдвинуты по фазе между собой на пи:

При этом на резисторе R выделяется максимальное количество теплоты:

№32 Импенданс тканей организма. Эквивалентная Электрическая схема. Оценка жизнеспособности тканей и органов но частотной зависимости к углу сдвига фаз.

Ткани организма проводят как постоянный так и переменный ток. Биологическая мембрана а значит и весь организм обладает емкостным сопротивлением, т.к. обладают емкостью, т.е. способны

накапливать заряд. При пропускании через живые ткани переменного тока наблюдается отставание напряжения от тока. Омические емкостные свойства биологических тканей можно моделировать используя эквивалентные электрические схемы, при любых частотах зависимость сдвига фаз и импенданса от частоты выполняется для схемы

1/Zв2=1/Rв2+1/корень(R1 в2+1/Wв2*Св2)!, где Z-полное сопротивление данной цепи, с - ёмкость.

При малых частотах: Z=R2 При больших частотах: Zmin=(R1*R2)/(R1+R2).

Графическое изображение зависимости импенданса живой ткани от частоты переменного тока.

Сдвиг фаз между током и напряжением tg фи = R/Xc=RWC (1).

Частотная зависимость сдвига фаз живой ткани. При отмирании ткани натрий-калиевый канал биологических мембран разрушается, цитоплазма

клетки (проводник) соединяется с межклеточной

жидкостью(проводник) и емкостные свойства ткани уменьшаются, а это значит, что и импенданс (Z) и сдвиг фаз (фи) меньше зависят от частоты. Мёртвая ткань обладает лишь омическим сопротивлением (R), и не зависит от частоты. Диагностический метод, основанный на регистрации изменения импенданса тканей и сдвига фаз называется РЕОГРАФИЕЙ.

Читайте также: