WDM - revoluce v optice

Tradiční způsob přenosu dat po optických vláknech vycházel z předpokladu, že skrze tato vlákna je možné přenášet jen jeden "signál", tvořený co nevíce soustředěným světelným paprskem (svazkem světelných paprsků s co nejmenším rozsahem vlnových délek). Nebyl sice problém do takovéhoto vlákna "pustit" více takto soustředěných paprsků (s různými vlnovými délkami), ale byl problém je od sebe dostatečně odlišit na straně příjemce. Proto se data mohla "naložit" (tzv. namodulovat) jen na jeden paprsek, resp. svazek paprsků (resp. na všechny takové paprsky současně), a celé optické vlákno se tak chovalo jako jeden jediný sériový kanál, navíc pouze jednosměrný. Jeho přenosové schopnosti se pak postupně zvyšovaly s tím, jak se zvyšovala dosahovaná rychlost modulace a s ní i přenosová rychlost.

S předpokladem, že optická vlákna nabízí pouze jeden jednosměrný přenosový kanál, pak byla budována většina dosavadních optických přenosových tras. Nicméně časem, s tím jak lidé zdokonalovali techniky práce se světlem na okrajích optického vlákna, tento výchozí předpoklad přestal platit.

To, co se zásadním způsobem změnilo, byl předpoklad o tom, že u příjemce není možné dostatečně přesně rozlišit jednotlivé světelné paprsky (tvořené světlem o různých vlnových délkách, neformálně označovaných jako "barvy"). V určitém okamžiku se podařilo tyto paprsky generovat a také přijímat (rozpoznávat) s dostatečnou přesností nezávisle na sobě navzájem. To pak mělo nesmírně důležitý důsledek v tom, že se dalo na každý takovýto paprsek (barvu) "naložit" resp. namodulovat samostatný datový proud, resp. vytvořit z něj samostatný přenosový kanál. Tím vlastně jedno optické vlákno okamžitě zmnohonásobilo svou přenosovou kapacitu - tolikrát, kolik "barev" resp. kanálů bylo možné přenášet současně.

Celá technika přitom dostala název WDM, což je zkratka od "Wave Division Multiplexing", neboli "vlnový multiplex". Jde o další z řady multiplexů, neboli technik jak využít jednu "propustnější" přenosovou trasu pro více individuálních přenosů současně. Technika WDM má asi nejblíže k historicky nejstarší a ještě analogové technice tzv. frekvenčního multiplexu (FDM, Frequency Division Multiplexing), při které jsou jednotlivé přenosy realizovány na různých frekvencích. Zde, u techniky WDM, jsou realizovány světlem o různých vlnových délkách (proto "wavelength" division, neboli "dělení podle vlnových délek").

Technika WDM byla s postupem času zdokonalována, a zhruba od roku 1995 se začalo hovořit o variantě DWDM (Dense WDM, doslova: "hustá WDM") - to proto, že se po jednom vlákně dařilo přenášet čím dál tím více kanálů, byť "posazených" blíže k sobě (neboli: hustěji rozesetých v příslušném vlnovém rozsahu). Dnes jsou na trhu běžně dostupná DWDM zařízení schopná pracovat s desítkami barev resp. kanálů, v laboratorních podmínkách se dosahuje až tisíce barev, a vývoj jde samozřejmě nezadržitelně vpřed.

Čistě optické aktivní prvky

Nástup techniky DWDM způsobil doslova revoluci v optických přenosech - tam, kde existovala optická vlákna a měla určitou přenosovou kapacitu, náhle došlo skokem k jejímu znásobení. Stačilo k tomu jen vyměnit zařízení na koncích optických vláken na taková, která DWDM podporují. Vcelku pochopitelně bylo této možnosti nejdříve využito u spojů dvoubodového charakteru, typicky dálkových, kde se dalo znásobení přenosových kapacit nejsnáze realizovat a také nejlépe využít.

Nasazení technik DWDM ve složitějších přenosových sítích, a ne pouze na dvoubodových spojích, začalo být záhy bržděno elektronickým zpracováváním signálu v nejrůznějších přestupních uzlech, včetně konverzí mezi optickou a elektronickou podobou. Ukázalo se totiž, že rychlost konverze mezi optickou a elektronickou podobou má své limity, a stejně tak čistě elektronické zpracování začalo narážet na nepříjemné bariéry - zvyšování počtu barev v zásadě znamenalo zvýšit skokem na příslušný násobek i výkonnost všech aktivních prvků typu směrovačů a přepínačů.

Naštěstí i zde pomohl pokrok v optických technologiích, který umožnil konstruovat čistě optické aktivní prvky nutné pro budování čistě optických sítí. Termín "čistě optických" zde přitom znamená skutečně to, že veškeré zpracování přenášených dat se děje pouze optickou cestou, bez nutnosti jejich konverze z/do elektronické podoby. Konkrétně jde o následující typy aktivních prvků, ze kterých je možné čistě optické sítě konstruovat:

• Optical Amplifiers (optické zesilovače), již zmiňovaná čistě optická zařízení zesilující přenášený signál. Fungují na bázi EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier ), nejnověji na bázi DBFA (Silica Erbium fiber-based Dual-band fiber amplifier )
• Wavelength Converter (převaděč vlnových délek) je prvek který mění požadovaným způsobem vlnovou délku přenášeného signálu (vlastně mění barvu). Jde o základní stavební blok dalších čistě optických aktivních prvků, jako např. přepínačů. V optimálním případě je takovýto konvertor zcela nezávislý na přenosové rychlosti a použitém protokolu.
• Wavelength Add/Drop Multiplexer je zařízení, které umožňuje selektivně přidávat či naopak odebírat z optického vlákna jednotlivé kanály (barvy), na principu vlnového multiplexu (WDM, resp. DWDM). Jde tedy vlastně o jakousi výhybku, pomocí které je možné některé kanály směrovat jednou cestou a jiné zase jinou cestou, slučovat je do jednoho "proudu" (vlákna) apod. Konkrétní provedení těchto add/drop multiplexorů (doslova: přidávajících/odebírajících multiplexorů) může být takové, že "přidávací" a "odebírací" funkce jsou pevně dány (co do přidávaných či odebíraných kanálů), nebo jsou volitelné (programovatelné). Podle toho jsou tyto multiplexory také označovány jako Fixed WADM nebo Reconfigurable WDM.
• Optical Cross Connect (optický přepínač) je zařízení, které propojuje mezi sebou N vstupů a M výstupů, z nichž každý nese vlastní množinu kanálů (barev). Jde v zásadě o klasický přepínač (switch), ovšem realizovaný na čistě optické bázi a fungující na nejnižší vrstvě (fyzické, resp. optické vrstvě). Obrovskou předností takovéhoto optického přepínače před klasickými elektronickými přepínači je jeho nezávislost na přenosové rychlosti a na formátu přenášených dat.
• Optical Splitter (doslova "rozvětvovač") je zařízení, které jeden signál (kanál) rozvádí do více směrů, čímž jej fakticky rozbočuje. Používá se k dosažení multicastingu (přenosu od jednoho zdroje k více příjemcům) až k broadcastingu (přenosu od jednoho zdroje ke všem potenciálním příjemcům).
• Optical Gateway (optická brána) je zařízení, které převádí různé protokoly a formáty mezi sebou, tak aby na okrajích optické sítě mohly být podporovány takové protokoly a přenosové rychlosti jaké vyhovují uživatelům (nejčastěji jde o kombinaci ATM, SONET a dalších), ale uvnitř optické sítě mohl být používán jednotný přenosový protokol s jednotnou přenosovou rychlostí.