Топологія з'єднань. Розгалужувачі, перемикачі і мультиплексори

Оптоволоконна передача допускає різноманітність топологій з'єднання пристроїв. Кожний пристрій з оптичним портом, як правило, має приймач і передавач кожний з своїм коннектором. Найпростіша і поширена топологія з'єднань — двоточкова (мал. 3.1, а). Тут вихід передавача одного порту з'єднується окремим волокном з входом протилежного порту. Таким чином, для дуплексного зв'язку необхідні два волокна. На основі двоточкового з'єднання будується і зіркоподібна топологія (мал. 3.1, б), де кожний порт периферійного пристрою з'єднується парою волокон з окремим портом центрального пристрою, який може бути як активним, так і пасивним.

В кільцевій топології вихід передавача одного пристрою з'єднується з входом наступного і так далі до замикання кільця. Для того, щоб пристрої могли обмінюватися інформацією по кільцю, вони всі повинні бути включені і справні, що не завжди досяжне. Для можливості роботи кільця при відключенні окремих пристроїв застосовують обхідні комутатори (bypass switch).

Рисунок 3.1 - Топології з'єднань: а — двоточкова, б — зіркоподібна

Обхідний (він же прохідний) комутатор є пасивним
керованим пристроєм, що включається між лініями зв'язку і конвекторами приймача і передавача пристрою. Він має поворотне дзеркало з електричним приводом. За наявності управляючої напруги дзеркало приймає таке положення, при якому станція включена в кільце (мал. 3.2, а) .При відсутності управляючої напруги дзеркало повертається, так, що кільце замикається, минувши станцію, і, крім того, в тестових цілях приймач станції підключається до її передавача (мал. 3.2, б). Під пасивністю комутатора мається на увазі те, що він не має власних приймачів і передавачів, а також підсилювальних схем.

Рисунок 3.2 - Обхідний комутатор: а — робоче положення, б — станція відключена

З оптоволокном також можлива організація середовища передачі, що розділяється, на чисто пасивних елементах-розгалужувачах. Розгалужувач (coupler) є багатопортовим пристроєм для розподілу оптичної потужності (тут під портом розуміється точка підключення волокна). Світлова енергія, що поступає на один з портів, розподіляється між іншими портами в заданому співвідношенні. В реальному розгалужувачі присутні і різні втрати, так що сума вихідних потужностей буде менше вхідної. Розгалужувачі реалізуються за допомогою зварки вузла з декількох волокон або за допомогою направлених відбивачів.

Т-розгалужувач має 3 порти, такі розгалужувачі можна сполучати в ланцюг, реалізовуючи шинну топологію з доступом до середовища передачі, що розділяється, (мал. 3.3, а). Для того, щоб в ланцюжок можна було сполучати значну кількість абонентів, розгалужувачі повинні велику частину потужності пропускати наскрізь, а до абонентів відгалужувати меншу. Абоненти, що мають роздільні коннектори приймачів і передавачів, повинні підключатися до шини через додаткові розгалужувачі. В такій мережі втрати між абонентами сильно залежать від їх того, як взаємно розташовані вони в ланцюжку, внаслідок чого підвищуються вимоги до ширини динамічного діапазону приймачів. Із зростанням кількості абонентів втрати (в децибелах) ростуть лінійно.

Рисунок 3.3 - Використання Т-розгалужувачів: а — оптична шина, б — двоточкове з'єднання по одному волокну

В розгалужувачі «зірка» світло, що входить в будь-який порт, рівномірно розподіляється між всіма іншими. На основі такого розгалужувача може будуватися мережа з середовищем передачі і зіркоподібною топологією (див. мал. 3.1, б), що розділяється, — наприклад, Ethernet 10Base-FP. Тут зростання втрат із збільшенням числа вузлів відбувається набагато повільніше, але розплатою є велика потреба в оптичному кабелі — від .кожного абонента до розгалужувача йде пара волокон.

Трьохпортові розгалужувачі іноді застосовуються для передачі сигналів в зустрічних напрямах по одному волокну. Розгалужувачі вносять значні втрати і небажане взаємне засвічення передавачів, через що їх використання не завжди технічно можливе. Крім того, через високу вартість їх використання економічно доцільне лише в тих випадках, коли витрати на виділення другого волокна стають дуже великими (наприклад, потрібна прокладка нового кабелю на велику відстань).

Рис. 3.4. Мультиплексор WDM

Для підвищення ефективності використовування оптичних ліній по них можна одночасно передавати сигнали з різною довжиною хвилі. Для цього існують мультиплексори з розділенням по довжинах хвиль WDM (Wavelength Division Multiplexer), вид одного з яких показаний на мал. 3.4. В них сигнали з різними довжинами хвиль з одного волокна розділяються по різних волокнах. Пристрої зворотні — вони ж збирають сигнали з декількох волокон в одне. Роздільна здатність визначається технологією розділення, яка може грунтуватися на різних принципах. В локальних мережах застосовують двоххвильові роздільники для 850/1300 і 1300/1550 нм. Вони дозволяють одночасно використовувати одну пару волокон двом різним мережним додаткам, що не конфліктують по довжині хвилі. В сучасних комунікаційних технологіях застосовують мультиплексування і більш тісне розташованих хвиль, а задачі розділення і об'єднання розв'язується на рівні приймача і передавача.