Steve Drumm är ansvarig för utvecklingen av optokomponenter hos Omron Electronic Components. Han har arbetat med elektronikkomponenter i mer än 20 år, tidigare hos STC som teknisk försäljningsingenjör och hos GEC som konstruktions- och produktionsingenjör med ansvar för applikations- och försäljningsstöd samt chef för en testavdelning.

Det finns goda skäl att tro att data- och telekomnätverken kommer att genomgå stora förändringar inom den närmaste tioårsperioden. Enligt färska prognoser behövs optisk Ethernet med en bandbredd i gigabitklassen till våra hem och kontor senast 2007. Detta för att möta det snabbt växande antalet bandbreddshungriga applikationer som "allt över IP", (XoIP), beställvideo, interaktiva spel och datalagring. Vi behöver helt enkelt gigabit-Ethernet för att leva ett produktivt liv.

Idag brottas flertjänstoperatörerna med en snabbt ökande efterfrågan på bandbredd. Det innebär nya utmaningar för alla i leveranskedjan, inklusive tillverkare av passiva komponenter. Snabba Internettjänster har tvingat många system att splitta noder i snabb takt vilket ökar åtgången på svart fiber snabbare än väntat. Operatörerna försöker ständigt optimera behovet av svartfiber för att leverera tjänster till den kommersiella marknaden. De måste administrera betydligt mer trafik och erbjuda skyddade datavägar för högre tjänstekvalitet.

För att komma runt de här problemen använder operatörerna och systemleverantörerna våglängdsmultiplexering (WDM, wave division multiplexing). På senare tid har kostnaden för WDM-komponenter, och särskilt varianten CWDM-komponenter (Coarse WDM), sjunkit rejält vilket gör tekniken till en bra lösning.

Dagens accessnät har sina begränsningar när det gäller tjänster med hög bandbredd; de är ju inte byggda för det från början. Därför uppstår flaskhalsar, i synnerhet mellan snabba företagsnät och stadsnät, regionala transportnät och accessnät. Ett viktig fråga för optonätsadministratörer är att erbjuda en lösning som transporterar stor bandbredd över en infrastruktur av optofiber utan att det krävs en dedicerad fiber för varje kund. Dagens lösning är WDM.

En multiplexerare gör att flera våglängder kan sändas över en enda fiber. WDM är en flexibel plattform med avseende på protokoll, och gör det möjligt för systemoperatören att överlagra olika kombinationer av transportsystem. Det är också en extremt skalbar lösning som lätt kan anpassas till tjänsteleverantörens nätverkskrav.

Det finns två huvudtyper av WDM - förutom CWDM även så kallad DWDM, Dense WDM. DWDM-plattformar är baserade på temperaturstyrda lasrar med distribuerad återkoppling och har extremt liten kanalseparation (0,4 eller 0,8 nm). De används i regel i långdistans- och stadsnät, och är idealiska för nätverk som kräver större antal våglängder (64-160) och högre bithastigheter (1-10 Gbit/s). CWDM-plattformar är baserade på billigare, icke temperaturkritiska DFB-lasrar och har större kanalseparation (20 nm) enligt ITUs bestämmelser. De finns i stads- och accessnät, där det räcker med ett lägre antal våglängder (vanligtvis 4-8) och lägre bithastigheter (1-33,125 Gbps).

Med CWDM går det transmissionstekniskt att uppnå mer än 50 gånger bandbredden för T1/E1- eller T2/E3-tjänster till ungefär samma pris. CWDM har en trettioprocentig kostnadsfördel jämfört med det kraftfullare alternativet DWDM, och kan vanligen användas för avstånd upp till cirka 75 kilometer. Det gör att CWDM är mycket användbar för nästan alla lokalnätsbehov.

CWDM-tekniken passar också bra för distributionsändamål. I sådana nätverk innebär CWDM-topologier att operatörerna kan maximera intäktsmöjligheterna hos sin befintliga anläggning. De kan erbjuda kostnadseffektiva fibertjänster till den kommersiella marknaden och utsträcka sina nätverk till nya tjänsteområden. Detta eftersom systemoperatörer i regel behöver kunna erbjuda flera affärsområden och nya tjänster via ett enda fiberpar i den befintliga trunken. I distributionsnätet behöver operatörerna inte så många våglängder per fiber, och CWDM-plattformar kan därför vara ett bra ekonomiskt alternativ till DWDM.

Dessutom går det redan att ansluta en 10 Gigabit Ethernet-transceiver för tillämpningar som datacentraler, kabelskåp och tjänsteleverantörers transportapplikationer. Den är känd som 10GBase-LX4 och är baserad på IEEE 802.3ae. Den använder samma teknik som CWDM, vilket innebär att den delar upp signalen i fyra strömmar om vardera 3,125 Gbit/s.

CWDM mux/demux-systemet utför själv en kritisk aggregeringsfunktion i ett optiskt accessnät. Varje komponent måste kvalificeras och specificeras för inre och yttre användning i gatumiljön. Det betyder att komponenterna måste möta låg inlänkningsdämpning och låg polarisationsberoende dämpning, hög repeterbarhet och optisk isolering, låg bakåtspridning och därtill erbjuda ett brett spektralt omkopplingsområde över utökade temperaturområden. Dessutom måste de ha snabba switchtider, och (helst) enkelsidig fiberkonfiguration för in- och utgångarna och överenstämma med Telcordia GR1073 och GR1221.

Omrons erfarenhet av relätillverkning och precisionstillverkning av mikrostrukturer i metaller, glas och polymerer har lett fram till en egen Mux-produkt. Vi använder uttrycket "Precisely Arrayed and Combined Solutions" där vi använder ett minimalt komponentantal, en matriskonstruktion och hög repeterbarhet i tillverkningen för att kunna erbjuda ett konkurrenskraftigt pris utan att göra avkall på viktiga prestandaparametrar. Hjärtat i muxen är antingen en prisma eller en vinklad mikrolinsmatris som anvisar en optisk väg för signalen. Den integrerade strukturen hos matrisen, tunnfilmfiltren och spegeln ger mycket små dimensioner, för närvarande världens minsta mux-lösning för CWDM.

I samband med CWDM-muxar har optiska switchar med lågt portantal (152, 252 och 158) använts inom alla områden av access- och några stadsnät, och användningen har spridit sig till applikationer som ROADM- (Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexer) och OXC-(Optical Cross-connect) utrustningar. ROADM-utrustningar används för att öka kapaciteten i befintliga fibervägar utan att lägga till mer fiber, men de fungerar också som anslutningspunkter till det optiska skiktet för OADM (Optical Add/ Drop Multiplexers) och OXC. Man måste då switcha individuella våglängder för att maximera nätverkskapaciteten (=fiberkapaciteten). En våglängdsväxel styr inkommande våglängder till olika fysiska portar.

Nätoperatörer lägger stor vikt vid "protection switching" i det optiska skiktet. Det har alltid varit nödvändigt med skydd mot fiberbrott och nätverksfel. När man använder fler nätverkselement för att öka fiberkapaciteten kan ett avbrott få massiva kostnadskonsekvenser. Avbrott på en fiberkabel med många förbindelser i ett WDM-system skulle oundvikligen orsaka ett flertal fel, vilket i sin tur skulle leda till fel i andra fristående system. Genom att optiska nät utför återställningen i det optiska skiktet i stället för det elektriska sker omslaget till en alternativ länk snabbare och mer ekonomiskt.

Återställning av fel i fiber eller utrustning kan göras på olika sätt. Vanligast är den optiska ringen, tack vare sin återhämtningsförmåga. Optiska ringar arbetar på samma sätt, och med samma arkitektur, som sin elektriska motsvarighet, Sonet. Genom att dela upp våglängder i undergrupper kan man switcha vissa våglängder i det optiska skiktet, medan man fortfarande kan utföra omkoppling för system i Sonet-skiktet.

För att möta kraven från tillverkarna av optiska accessprodukter har Omron utvecklat en serie avancerade mekaniska enkelmodswitchar med liten formfaktor, baserad på vår egen kompetens inom relädrivning och mikrooptik. Varför mekaniska switchar i stället för att mikromekanik (mems) eller halvledarteknik? Vi fann att marknaden i praktiken föredrar beprövad och testad, välkänd och pålitlig teknik, baserad på enkla, masstillverkade lågpriskonstruktioner. Därför använder våra switchar antingen en spegel eller ett prisma kopplad till ett relä eller linjärt ställdon för att styra ljuset noggrant med god repeterbarhet.

Vi kan vänta oss ökad efterfrågan på bandbredd och högre datahastigheter. Optiska accessnät kommer att spela en avgörande roll när det gäller att erbjuda distribuerade och interaktiva tjänster. CWDM kommer sannolikt att vidareutvecklas under kommande år. Ökande användning av återställning kommer att medföra krav på ett mer dynamiskt tjänsteutbud och högre säkerhetsnivåer i stads- och accessnät. Passiva optiska switchar kommer att utvecklas mot 4x4 och högre funktionalitet, med aktiva integrerade egenskaper. När optiska nätverk ökar i komplexitet kan switchning och återställning i optiska skiktet ge stora kostnadsbesparingar.