Технология DWDM.Сегодня, я решил уделить время грубо говоря "оптике". Дело в том, что по оброзованию я инженер ВОСП (Волоконно оптические системы передач), но об этом потом,а сейчас DWDM.
Наибольшее распространение эта технология получила в США, где хорошо развит рынок волоконно–оптических систем. Используется она и на сетях связи других регионов мира, особенно в Европе, Азии и Латинской Америке. Более того, DWDM рассматривается уже не только как средство повышения пропускной способности оптического волокна, а как наиболее надежная технология для опорной инфраструктуры мультисервисных и мобильных сетей, обеспечивающая резкое повышение пропускной способности сети и реализующая широкий набор принципиально новых услуг связи.
Наибольшее распространение эта технология получила в США, где хорошо развит рынок волоконно–оптических систем. Используется она и на сетях связи других регионов мира, особенно в Европе, Азии и Латинской Америке. Более того, DWDM рассматривается уже не только как средство повышения пропускной способности оптического волокна, а как наиболее надежная технология для опорной инфраструктуры мультисервисных и мобильных сетей, обеспечивающая резкое повышение пропускной способности сети и реализующая широкий набор принципиально новых услуг связи.
Возможность DWDM интегрироваться с ATM, IP, ASDL и другими перспективными технологиями и протоколами передачи цифровой информации делает ее незаменимой в процессе конвергенции между различными видами и службами связи. В то же время DWDM–технология пригодна и для сетей будущего. В связи с этим возникает целый ряд вопросов. Какую выгоду от ее применения при этом получает оператор и пользователь? Могут ли при ее внедрении возникнуть какие–либо проблемы, препятствия или ограничения, которые необходимо учитывать уже сегодня? Наконец, в каких конкретных странах, кроме США, уже используется оборудование технологии DWDM?
Транспортная технология DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) обеспечивает при передаче по одной оптической паре наибольшую (среди прочих используемых технологий передачи) скорость. Высокая скорость обеспечивается за счёт применения технологии мультиплексирования по длине волны, когда по одной оптической паре передаётся несколько независимых потоков, каждый из которых в своём оптическом диапазоне. Предлагаемое сейчас оборудование позволяет использовать от 16 до 128 оптических каналов, в каждом из которых прозрачно передаётся информационный поток со скоростью от 100 Мбит/с до 10 Гбит/с.
Построение магистрали DWDM подразумевает установку мультиплексоров DWDM, имеющих интерфейсы для подключения высокоскоростных абонентских интерфейсов. Расстояние между мультиплексорами может составлять порядка 100 км без применения регенерационного оборудования, применение регенераторов увеличивает дальность передачи до 500-600 км и выше.
Для построения гибких сетей DWDM используются оптические Add-Drop мультиплексоры (OADM), обеспечивающие непосредственный ввод/вывод каналов в магистраль DWDM на оптическом уровне (без преобразований оптического сигнала в электрический) и позволяющие строить разветвлённые транспортные оптические сети.
У большинства ведущих производителей имеется DWDM-оборудование, которое позволяет мультиплексировать в С-диапазоне (1530-1565 нм) до 40 оптических каналов при ширине одного канала 100 ГГц или до 80 оптических каналов при его ширине 50 ГГц. В этом случае максимальная емкость одного оптического канала составляет 10 Гбит/с (уровень STM-64). В диапазоне L (1570-1605 нм) максимальное число оптических каналов может достигать 160 при ширине канала 50 ГГц.
При использовании DWDM-оборудования на 160 каналов одновременно в диапазонах C и L (C + L) возникают определенные требования к оптическим кабелям, а именно: затухание в C- и L-диапазонах должно быть примерно одинаковым. Значит, необходимо использовать оптический кабель с симметричными в этих диапазонах характеристиками по затуханию. Такие кабели разработаны сравнительно недавно. В подавляющем же большинстве случаев операторы используют кабели с несимметричными характеристиками в C- и L-диапазонах. Так, для кабелей, соответствующих требованиям рекомендации G.652, разница затухания в указанных диапазонах может достигать 0,02 дБ/км, что в пересчете на один усилительный участок дает разницу до 2 дБ. В этом случае для расчетов расположения оборудования необходимо брать наибольшее затухание, что приводит к необходимости чаще устанавливать передающее оборудование и в конечном счете увеличит его цену.
Как DWDM, так и SDH–технологии рассчитаны, прежде всего, на использование в телефонных сетях с коммутацией каналов. Однако, согласно мировым тенденциям, развитие телекоммуникаций будущего связано с пакетными и IP–сетями, в связи с чем уже разрабатывается IP–совместимые оптические методы передачи сигналов. Поэтому в перспективе сети, базирующиеся полностью на SDH–технологии, постепенно потеряют свое значение, однако SDH–функциональность. скорее всего, будет продолжать играть важную роль в IP–инфраструктуре. Особенно это касается действующих IP–сетей, поскольку функциональные возможности оборудования SDH только предполагается реализовать в будущих оптических IP–сетях. Совместное применение оборудования SDH и DWDM и широко распространенного на существующих сетях оборудования стандарта PDH обеспечит гибкий и безболезненный переход к полностью IP–совместимым сетям. Такой сценарий развития удовлетворяет требованиям как к функциональности, так и к пропускной способности сетей.
В настоящее время на рынке появились принципиально новые, солитоновые DWDM-системы, которые позволяют существенно увеличить пропускную способность каналов и дальность передачи. Основное свойство оптического солитона - возможность распространения оптического импульса без дисперсионного расплывания. Солитон - это модулированный по интенсивности оптический импульс, который за счет нелинейного взаимодействия между спектральными составляющими поддерживает неизменной форму оптического сигнала по мере его распространения в волокне. В линейных средах спектральные составляющие оптического импульса не взаимодействуют между собой, что приводит к дисперсионному расплыванию сигнала. При учете нелинейного эффекта перераспределения энергии между спектральными составляющими можно избежать дисперсионного расплывания сигнала, распространяющегося вдоль волокна. Данная технология представляется наиболее перспективной для передачи сигнала STM-256 (40 Гбит/с) на большие расстояния. Однако солитоновые технологии накладывают определенные требования на оптические кабели, что может повлечь необходимость их полной замены на существующих сетях.
Использование технологии DWDM оправданно для передачи больших объемов трафика. С увеличением числа оптических каналов, предаваемых по одному волокну, стоимость передачи единицы информации уменьшается. Так, стоимость передачи одного бита информации по полностью загруженной 160-канальной системе меньше соответствующего показателя для 40/32-канальной системы. Однако при неполной загрузке важно учитывать тот факт, что цена оборудования для 40/32-канальной системы заметно ниже цены 160-канальной системы.
Как уже говорилось, в диапазоне С можно использовать до 80 оптических каналов. Для того чтобы избежать потерь, связанных с нелинейным взаимодействием различных оптических каналов, а также соблюсти санитарные нормы, суммарная мощность сигнала в оптоволокне не должна превышать 100 мВт (или 20 дБм). Это ограничивает мощность на один оптический канал. Для 80-канальной системы мощность на один канал составляет 1 дБм, для 40-канальной системы - 4, для 32-канальной - 5 дБм. Таким образом, на каждом усилительном участке 32-канальная система имеет запас в 1 дБ по сравнению с 40-канальной и 4 дБ по сравнению с 80-канальной. Если же при проектировании DWDM-сети закладывать на перспективу возможность работы на 80 каналах, то длина усилительных и регенерационных участков резко уменьшится, число узлов на сети вырастет и стоимость оборудования в пересчете на один оптический канал значительно увеличится. 80-канальная система DWDM экономически выгодна только при работе с большим числом задействованных оптических каналов. Так, в Китае, телекоммуникационный рынок которого занимает второе место в мире, максимальное число используемых оптических каналов на DWDM-сетях не превышает 12.
В настоящее время многие операторы переходят на оборудование уровня STM-64 и рассматривают возможность использовать DWDM-технологии для построения магистральных и городских сетей. Современные городские транспортные сети должны поддерживать работу с неоднородным трафиком, в том числе с узкополосным трафиком на базе SDH-систем и широкополосным ATM- и Ethernet-трафиком. Технология DWDM позволяет объединить передачу разнородного трафика. Для этого каждому типу трафика выделяются свой оптический канал или своя длина волны. Можно утверждать, что технология DWDM становится экономически привлекательной при объеме трафика 40 Гбит/с и выше. Однако экономически эффективной она может быть и при объеме 10 Гбит/с. Чтобы лучше понять особенности построения DWDM-сетей в городских условиях, рассмотрим основные функциональные узлы соответствующего оборудования.
Основные узлы DWDM-оборудования
В технологии DWDM полностью повторены принципы телевизионного или радиовещания. От передающей телевизионной антенны по воздуху распространяются несколько ТВ-программ, каждая - на своей частоте. При этом электромагнитные волны с различными частотами не взаимодействуют между собой. ТВ-приемник посредством приемной антенны можно настроить на любой канал (на любую частоту). В случае с DWDM оптическое волокно выполняет роль воздуха - по нему распространяется не одна, а несколько не взаимодействующих между собой электромагнитных волн с разными частотами. На каждой частоте можно передавать любой трафик - STM, ATM, IP. Используются частоты, или длины волн, для которых затухание электромагнитных волн минимально, а именно уже упомянутые выше С- и L-диапазоны.
Технология DWDM предъявляет гораздо более жесткие требования к оптическим источникам излучения, нежели SDH. Чтобы соседние каналы не влияли друг на друга, ширина спектра излучения должна быть значительно меньше ширины оптического канала, т. е. на уровне 0,2-0,3 нм. В системах SDH по оптическому кабелю передается только один сигнал на частоте 1310 или 1550 нм. Поэтому требования к стабильности частоты и ширине спектра излучения оптического источника сравнительно невысоки.
Для передачи по одному волокну нескольких сигналов STM необходимо преобразовать их из "формата" SDH в "формат" DWDM. Эту функцию выполняет транспондер. На его вход подается сигнал STM (или ATM, IP), который необходимо преобразовать в "формат" DWDM, т. е. в сигнал со строго фиксированной длиной волны и узким спектром излучения. Оптический STM-сигнал преобразуется в электрическую форму, восстанавливается форма сигнала, и далее выполняется обратное электрооптическое преобразование в "формат" DWDM. Для восстановления формы сигналов используется 3R-преобразование: 1R (re-amplification) - усиление сигнала, 2R - 1R плюс восстановление формы сигналов (re-shaping), 3R - 2R плюс ресинхронизация (re-timing). Для передачи сигнала на сравнительно небольшие расстояния, в пределах города или области, достаточно использовать транспондеры с функцией 2R.
Можно выделить четыре основных узла оборудования DWDM:
1. оптический терминальный мультиплексор (Optical Terminal Multiplexer - OTM),
2. регенератор (Regenerator - REG),
3. оптический усилитель (Optical Line Amplifier - OLA),
4. оптический мультиплексор ввода-вывода (Optical Add Drop Multiplexer - OADM).
Основными узлами оптического терминального мультиплексора являются оптический мультиплексор (OM) и оптический демультиплексор (OD). В направлении передачи OM мультиплексирует сигналы с фиксированными длинами волн, сформированные на выходе транспондеров, в групповой сигнал, который и передается по оптическому кабелю. На приеме OD демультиплексирует групповой сигнал на сигналы с фиксированными длинами волн, которые подаются на транспондеры.
Оптический регенератор используется для восстановления формы группового сигнала, подавления джиттера и улучшения соотношения сигнал/шум. С этой целью используется преобразование O-E-O (Optical-Electrical-Optical). Групповой сигнал на входе REG преобразуется в электрическую форму, проводится 3R-восстановление формы сигнала, и далее он опять преобразуется в оптическую форму. Регенератор строится на базе двух OTM-мультиплексоров, включенных по схеме back-to-back через транспондеры. Такая конфигурация позволяет осуществить ввод-вывод всех оптических каналов.
Оптический усилитель соответственно усиливает групповой сигнал без восстановления его формы. При передачи информации на большие расстояния усилители оснащают функцией эквалайзера - выравнивания мощности оптических каналов. В городских условиях функция эквалайзера не используется, и это уменьшает стоимость усилителя. Оптический усилитель наиболее дешевый узел оборудования DWDM (в сравнении с OTM-мультиплексором и регенератором).
Оптический мультиплексор ввода-вывода строится на базе оптического усилителя, в который добавляется пассивная оптическая плата, позволяющая осуществить ввод-вывод ограниченного числа оптических каналов с фиксированными длинами волн. Она представляет собой брегговскую решетку с периодическими изменениями индекса преломления, которые достигаются за счет насечек на оптоволоконном кабеле, сделанных с помощью ультрафиолетового излучения. OADM-мультиплексор на базе брегговских решеток позволяет осуществлять ввод-вывод от 1 до 12 оптических каналов. Для остальных каналов он работает как усилитель. Основное преимущество такого мультиплексора по сравнению с OTM-мультиплексором и регенератором - гораздо более низкая его цена.
Другая возможность уменьшения стоимости DWDM-оборудования - использование "цветных" интерфейсов. Как мы уже говорили, к транспондеру с одной стороны подключается SDH-оборудование, с другой - оборудование DWDM (оптический мультиплексор/демультиплексор или пассивное оптическое устройство ввода-вывода на базе брегговских решеток). Но если в оборудовании SDH использовать STM-интерфейсы с фиксированной длиной волны и узким спектром излучения, то необходимость в транспондерах отпадает. Такие STM-интерфейсы и называются "цветными". Их использование, означающее не что иное, как отказ от транспондеров, позволяет сократить количество преобразований O-E-O и уменьшить число соединительных оптических кабелей, что повышает надежность оборудования. Кроме того, уменьшаются размеры оборудования и энергопотребление.
Построение городских DWDM сетей
Городские DWDM сети, как правило, строят с использованием кольцевой архитектуры, что позволяет применять механизмы защиты на уровне DWDM при скорости восстановления не более 50 мс.
В технологии DWDM минимальная дискретность сигнала - это оптический канал, или длина волны. Использование целых длин волн с емкостью канала 2,5 или 10 Гбит/с для обмена трафиком между подсетями оправдано для построения больших транспортных сетей. Но транспондеры-мультиплексоры позволяют организовать обмен трафиком между подсетями на уровне сигналов STM-4/STM-1/GE. Уровень распределения можно строить и на базе SDH-технологии. Но DWDM имеет большое преимущество, связанное с прозрачностью каналов управления и служебных каналов (например, служебной связи). При упаковке SDH/ATM/IP-сигналов в оптический канал структура и содержимое пакетов не изменяются. Системы DWDM проводят только мониторинг отдельных байтов для контроля правильности прохождения сигналов. Поэтому соединение подсетей по инфраструктуре DWDM на отдельно взятой длине волны можно рассматривать как соединение парой оптических кабелей.
Основными преимуществами сетей DWDM являются:
Высокие скорости передачи
Высокая утилизация оптических волокон
Возможность обеспечить 100% защиту на основе кольцевой топологии
позволяет Использование любых технологий канального уровня благодаря прозрачности каналов оптических волокон
Возможность простого наращивания каналов в оптической магистрали
В настоящее время наиболее распространены следующие применения сетей DWDM:
Построение высокоскоростных транспортных сетей операторов национального масштаба, на основе топологий «точка-точка» или «кольцо»
Построение мощных городских транспортных магистралей, которые могут использоваться большим количеством пользователей с потребностями в высоких скоростях передачи и использующих самые различные протоколы.
В сфере сетевой инфраструктуры формируются две основные тенденции — это IP и оптические сети. Если достоинства полностью IP–cовместимых сред передачи (как наиболее простых в обслуживании, гибких и «бесшовных» служб на всем тракте от абонента до абонента) уже хорошо разрекламированы, то преимущества параллельной, полностью оптической инфраструктуры недостаточно хорошо известны.
Сегодняшние соединительные сетевые структуры неизбежно требуют преобразований и переключений между оптической и электронной частями сети. Если сейчас это проблема решается на уровне системы управления и обслуживания, то в полностью IP–совместимых сетях будущего появятся новые требования к физическому уровню (такие, как маршрутизация, IP–сигнализация и т.д.). Когда и как эти требования будут реализовываться — пока продолжаются дискуссии. Тем временем на рынке специалисты разделились во мнениях при решении вопроса о том, как же, в конце концов, должны взаимодействовать IP–маршрутизаторы с оптическими сетями при завершении соединения между абонентами сети.
При рассмотрении сценария развития широкополосных сетей было отмечено, что технология DWDM (совместно с SDH) может сыграть свою важную роль в постепенной миграции сетей к полностью IP–совместимости. Другим многообещающим техническим новшеством в сетях будущего должна стать так называемая «мультипротокольная лямбда–коммутация», которая является дальнейшим развитием технологии, известной под аббревиатурой MPLS (Multi protocol label switching). Лямбда–коммутация, фактически уже доступная для внедрения, заменяет обычный заголовок в IP–формате на короткую метку, тем самым увеличивая скорость обработки информационных данных. Мультипротокольная лямбда–коммутация вносит элемент интеллектуальности в сферу оптических телекоммуникаций, в частности, передающий транспондер теперь может выбирать наиболее короткий и высокоскоростной путь между двумя маршрутизаторами, что позволяет оптимизировать работу сети в целом. Более того, поскольку эта технология разработана на основе MPLS, вопросы о том, каким образом IP–маршрутизатор будет взаимодействовать с оптической средой передачи, как развивать дальнейшую стратегию перехода к полностью оптическим IP–совместимым сетям, решаются сами собой.
Несмотря на то, что будущее за IP–совместимыми сетями, DWDM будет продолжать развиваться и совершенствоваться как самостоятельная технология передачи в отношении увеличения количества длин волн, используемых при мультиплексировании. А поскольку пропускная способность была и остается важнейшей проблемой многих операторов связи, роль DWDM как технологии, обеспечивающей поступательное развитие широкополосных мультисервисных сетей, сохранится, возможно, еще в течение длительного времени.
Транспортная технология DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) обеспечивает при передаче по одной оптической паре наибольшую (среди прочих используемых технологий передачи) скорость. Высокая скорость обеспечивается за счёт применения технологии мультиплексирования по длине волны, когда по одной оптической паре передаётся несколько независимых потоков, каждый из которых в своём оптическом диапазоне. Предлагаемое сейчас оборудование позволяет использовать от 16 до 128 оптических каналов, в каждом из которых прозрачно передаётся информационный поток со скоростью от 100 Мбит/с до 10 Гбит/с.
Построение магистрали DWDM подразумевает установку мультиплексоров DWDM, имеющих интерфейсы для подключения высокоскоростных абонентских интерфейсов. Расстояние между мультиплексорами может составлять порядка 100 км без применения регенерационного оборудования, применение регенераторов увеличивает дальность передачи до 500-600 км и выше.
Для построения гибких сетей DWDM используются оптические Add-Drop мультиплексоры (OADM), обеспечивающие непосредственный ввод/вывод каналов в магистраль DWDM на оптическом уровне (без преобразований оптического сигнала в электрический) и позволяющие строить разветвлённые транспортные оптические сети.
У большинства ведущих производителей имеется DWDM-оборудование, которое позволяет мультиплексировать в С-диапазоне (1530-1565 нм) до 40 оптических каналов при ширине одного канала 100 ГГц или до 80 оптических каналов при его ширине 50 ГГц. В этом случае максимальная емкость одного оптического канала составляет 10 Гбит/с (уровень STM-64). В диапазоне L (1570-1605 нм) максимальное число оптических каналов может достигать 160 при ширине канала 50 ГГц.
При использовании DWDM-оборудования на 160 каналов одновременно в диапазонах C и L (C + L) возникают определенные требования к оптическим кабелям, а именно: затухание в C- и L-диапазонах должно быть примерно одинаковым. Значит, необходимо использовать оптический кабель с симметричными в этих диапазонах характеристиками по затуханию. Такие кабели разработаны сравнительно недавно. В подавляющем же большинстве случаев операторы используют кабели с несимметричными характеристиками в C- и L-диапазонах. Так, для кабелей, соответствующих требованиям рекомендации G.652, разница затухания в указанных диапазонах может достигать 0,02 дБ/км, что в пересчете на один усилительный участок дает разницу до 2 дБ. В этом случае для расчетов расположения оборудования необходимо брать наибольшее затухание, что приводит к необходимости чаще устанавливать передающее оборудование и в конечном счете увеличит его цену.
Как DWDM, так и SDH–технологии рассчитаны, прежде всего, на использование в телефонных сетях с коммутацией каналов. Однако, согласно мировым тенденциям, развитие телекоммуникаций будущего связано с пакетными и IP–сетями, в связи с чем уже разрабатывается IP–совместимые оптические методы передачи сигналов. Поэтому в перспективе сети, базирующиеся полностью на SDH–технологии, постепенно потеряют свое значение, однако SDH–функциональность. скорее всего, будет продолжать играть важную роль в IP–инфраструктуре. Особенно это касается действующих IP–сетей, поскольку функциональные возможности оборудования SDH только предполагается реализовать в будущих оптических IP–сетях. Совместное применение оборудования SDH и DWDM и широко распространенного на существующих сетях оборудования стандарта PDH обеспечит гибкий и безболезненный переход к полностью IP–совместимым сетям. Такой сценарий развития удовлетворяет требованиям как к функциональности, так и к пропускной способности сетей.
В настоящее время на рынке появились принципиально новые, солитоновые DWDM-системы, которые позволяют существенно увеличить пропускную способность каналов и дальность передачи. Основное свойство оптического солитона - возможность распространения оптического импульса без дисперсионного расплывания. Солитон - это модулированный по интенсивности оптический импульс, который за счет нелинейного взаимодействия между спектральными составляющими поддерживает неизменной форму оптического сигнала по мере его распространения в волокне. В линейных средах спектральные составляющие оптического импульса не взаимодействуют между собой, что приводит к дисперсионному расплыванию сигнала. При учете нелинейного эффекта перераспределения энергии между спектральными составляющими можно избежать дисперсионного расплывания сигнала, распространяющегося вдоль волокна. Данная технология представляется наиболее перспективной для передачи сигнала STM-256 (40 Гбит/с) на большие расстояния. Однако солитоновые технологии накладывают определенные требования на оптические кабели, что может повлечь необходимость их полной замены на существующих сетях.
Использование технологии DWDM оправданно для передачи больших объемов трафика. С увеличением числа оптических каналов, предаваемых по одному волокну, стоимость передачи единицы информации уменьшается. Так, стоимость передачи одного бита информации по полностью загруженной 160-канальной системе меньше соответствующего показателя для 40/32-канальной системы. Однако при неполной загрузке важно учитывать тот факт, что цена оборудования для 40/32-канальной системы заметно ниже цены 160-канальной системы.
Как уже говорилось, в диапазоне С можно использовать до 80 оптических каналов. Для того чтобы избежать потерь, связанных с нелинейным взаимодействием различных оптических каналов, а также соблюсти санитарные нормы, суммарная мощность сигнала в оптоволокне не должна превышать 100 мВт (или 20 дБм). Это ограничивает мощность на один оптический канал. Для 80-канальной системы мощность на один канал составляет 1 дБм, для 40-канальной системы - 4, для 32-канальной - 5 дБм. Таким образом, на каждом усилительном участке 32-канальная система имеет запас в 1 дБ по сравнению с 40-канальной и 4 дБ по сравнению с 80-канальной. Если же при проектировании DWDM-сети закладывать на перспективу возможность работы на 80 каналах, то длина усилительных и регенерационных участков резко уменьшится, число узлов на сети вырастет и стоимость оборудования в пересчете на один оптический канал значительно увеличится. 80-канальная система DWDM экономически выгодна только при работе с большим числом задействованных оптических каналов. Так, в Китае, телекоммуникационный рынок которого занимает второе место в мире, максимальное число используемых оптических каналов на DWDM-сетях не превышает 12.
В настоящее время многие операторы переходят на оборудование уровня STM-64 и рассматривают возможность использовать DWDM-технологии для построения магистральных и городских сетей. Современные городские транспортные сети должны поддерживать работу с неоднородным трафиком, в том числе с узкополосным трафиком на базе SDH-систем и широкополосным ATM- и Ethernet-трафиком. Технология DWDM позволяет объединить передачу разнородного трафика. Для этого каждому типу трафика выделяются свой оптический канал или своя длина волны. Можно утверждать, что технология DWDM становится экономически привлекательной при объеме трафика 40 Гбит/с и выше. Однако экономически эффективной она может быть и при объеме 10 Гбит/с. Чтобы лучше понять особенности построения DWDM-сетей в городских условиях, рассмотрим основные функциональные узлы соответствующего оборудования.
Основные узлы DWDM-оборудования
В технологии DWDM полностью повторены принципы телевизионного или радиовещания. От передающей телевизионной антенны по воздуху распространяются несколько ТВ-программ, каждая - на своей частоте. При этом электромагнитные волны с различными частотами не взаимодействуют между собой. ТВ-приемник посредством приемной антенны можно настроить на любой канал (на любую частоту). В случае с DWDM оптическое волокно выполняет роль воздуха - по нему распространяется не одна, а несколько не взаимодействующих между собой электромагнитных волн с разными частотами. На каждой частоте можно передавать любой трафик - STM, ATM, IP. Используются частоты, или длины волн, для которых затухание электромагнитных волн минимально, а именно уже упомянутые выше С- и L-диапазоны.
Технология DWDM предъявляет гораздо более жесткие требования к оптическим источникам излучения, нежели SDH. Чтобы соседние каналы не влияли друг на друга, ширина спектра излучения должна быть значительно меньше ширины оптического канала, т. е. на уровне 0,2-0,3 нм. В системах SDH по оптическому кабелю передается только один сигнал на частоте 1310 или 1550 нм. Поэтому требования к стабильности частоты и ширине спектра излучения оптического источника сравнительно невысоки.
Для передачи по одному волокну нескольких сигналов STM необходимо преобразовать их из "формата" SDH в "формат" DWDM. Эту функцию выполняет транспондер. На его вход подается сигнал STM (или ATM, IP), который необходимо преобразовать в "формат" DWDM, т. е. в сигнал со строго фиксированной длиной волны и узким спектром излучения. Оптический STM-сигнал преобразуется в электрическую форму, восстанавливается форма сигнала, и далее выполняется обратное электрооптическое преобразование в "формат" DWDM. Для восстановления формы сигналов используется 3R-преобразование: 1R (re-amplification) - усиление сигнала, 2R - 1R плюс восстановление формы сигналов (re-shaping), 3R - 2R плюс ресинхронизация (re-timing). Для передачи сигнала на сравнительно небольшие расстояния, в пределах города или области, достаточно использовать транспондеры с функцией 2R.
Можно выделить четыре основных узла оборудования DWDM:
1. оптический терминальный мультиплексор (Optical Terminal Multiplexer - OTM),
2. регенератор (Regenerator - REG),
3. оптический усилитель (Optical Line Amplifier - OLA),
4. оптический мультиплексор ввода-вывода (Optical Add Drop Multiplexer - OADM).
Основными узлами оптического терминального мультиплексора являются оптический мультиплексор (OM) и оптический демультиплексор (OD). В направлении передачи OM мультиплексирует сигналы с фиксированными длинами волн, сформированные на выходе транспондеров, в групповой сигнал, который и передается по оптическому кабелю. На приеме OD демультиплексирует групповой сигнал на сигналы с фиксированными длинами волн, которые подаются на транспондеры.
Оптический регенератор используется для восстановления формы группового сигнала, подавления джиттера и улучшения соотношения сигнал/шум. С этой целью используется преобразование O-E-O (Optical-Electrical-Optical). Групповой сигнал на входе REG преобразуется в электрическую форму, проводится 3R-восстановление формы сигнала, и далее он опять преобразуется в оптическую форму. Регенератор строится на базе двух OTM-мультиплексоров, включенных по схеме back-to-back через транспондеры. Такая конфигурация позволяет осуществить ввод-вывод всех оптических каналов.
Оптический усилитель соответственно усиливает групповой сигнал без восстановления его формы. При передачи информации на большие расстояния усилители оснащают функцией эквалайзера - выравнивания мощности оптических каналов. В городских условиях функция эквалайзера не используется, и это уменьшает стоимость усилителя. Оптический усилитель наиболее дешевый узел оборудования DWDM (в сравнении с OTM-мультиплексором и регенератором).
Оптический мультиплексор ввода-вывода строится на базе оптического усилителя, в который добавляется пассивная оптическая плата, позволяющая осуществить ввод-вывод ограниченного числа оптических каналов с фиксированными длинами волн. Она представляет собой брегговскую решетку с периодическими изменениями индекса преломления, которые достигаются за счет насечек на оптоволоконном кабеле, сделанных с помощью ультрафиолетового излучения. OADM-мультиплексор на базе брегговских решеток позволяет осуществлять ввод-вывод от 1 до 12 оптических каналов. Для остальных каналов он работает как усилитель. Основное преимущество такого мультиплексора по сравнению с OTM-мультиплексором и регенератором - гораздо более низкая его цена.
Другая возможность уменьшения стоимости DWDM-оборудования - использование "цветных" интерфейсов. Как мы уже говорили, к транспондеру с одной стороны подключается SDH-оборудование, с другой - оборудование DWDM (оптический мультиплексор/демультиплексор или пассивное оптическое устройство ввода-вывода на базе брегговских решеток). Но если в оборудовании SDH использовать STM-интерфейсы с фиксированной длиной волны и узким спектром излучения, то необходимость в транспондерах отпадает. Такие STM-интерфейсы и называются "цветными". Их использование, означающее не что иное, как отказ от транспондеров, позволяет сократить количество преобразований O-E-O и уменьшить число соединительных оптических кабелей, что повышает надежность оборудования. Кроме того, уменьшаются размеры оборудования и энергопотребление.
Построение городских DWDM сетей
Городские DWDM сети, как правило, строят с использованием кольцевой архитектуры, что позволяет применять механизмы защиты на уровне DWDM при скорости восстановления не более 50 мс.
В технологии DWDM минимальная дискретность сигнала - это оптический канал, или длина волны. Использование целых длин волн с емкостью канала 2,5 или 10 Гбит/с для обмена трафиком между подсетями оправдано для построения больших транспортных сетей. Но транспондеры-мультиплексоры позволяют организовать обмен трафиком между подсетями на уровне сигналов STM-4/STM-1/GE. Уровень распределения можно строить и на базе SDH-технологии. Но DWDM имеет большое преимущество, связанное с прозрачностью каналов управления и служебных каналов (например, служебной связи). При упаковке SDH/ATM/IP-сигналов в оптический канал структура и содержимое пакетов не изменяются. Системы DWDM проводят только мониторинг отдельных байтов для контроля правильности прохождения сигналов. Поэтому соединение подсетей по инфраструктуре DWDM на отдельно взятой длине волны можно рассматривать как соединение парой оптических кабелей.
Основными преимуществами сетей DWDM являются:
Высокие скорости передачи
Высокая утилизация оптических волокон
Возможность обеспечить 100% защиту на основе кольцевой топологии
позволяет Использование любых технологий канального уровня благодаря прозрачности каналов оптических волокон
Возможность простого наращивания каналов в оптической магистрали
В настоящее время наиболее распространены следующие применения сетей DWDM:
Построение высокоскоростных транспортных сетей операторов национального масштаба, на основе топологий «точка-точка» или «кольцо»
Построение мощных городских транспортных магистралей, которые могут использоваться большим количеством пользователей с потребностями в высоких скоростях передачи и использующих самые различные протоколы.
В сфере сетевой инфраструктуры формируются две основные тенденции — это IP и оптические сети. Если достоинства полностью IP–cовместимых сред передачи (как наиболее простых в обслуживании, гибких и «бесшовных» служб на всем тракте от абонента до абонента) уже хорошо разрекламированы, то преимущества параллельной, полностью оптической инфраструктуры недостаточно хорошо известны.
Сегодняшние соединительные сетевые структуры неизбежно требуют преобразований и переключений между оптической и электронной частями сети. Если сейчас это проблема решается на уровне системы управления и обслуживания, то в полностью IP–совместимых сетях будущего появятся новые требования к физическому уровню (такие, как маршрутизация, IP–сигнализация и т.д.). Когда и как эти требования будут реализовываться — пока продолжаются дискуссии. Тем временем на рынке специалисты разделились во мнениях при решении вопроса о том, как же, в конце концов, должны взаимодействовать IP–маршрутизаторы с оптическими сетями при завершении соединения между абонентами сети.
При рассмотрении сценария развития широкополосных сетей было отмечено, что технология DWDM (совместно с SDH) может сыграть свою важную роль в постепенной миграции сетей к полностью IP–совместимости. Другим многообещающим техническим новшеством в сетях будущего должна стать так называемая «мультипротокольная лямбда–коммутация», которая является дальнейшим развитием технологии, известной под аббревиатурой MPLS (Multi protocol label switching). Лямбда–коммутация, фактически уже доступная для внедрения, заменяет обычный заголовок в IP–формате на короткую метку, тем самым увеличивая скорость обработки информационных данных. Мультипротокольная лямбда–коммутация вносит элемент интеллектуальности в сферу оптических телекоммуникаций, в частности, передающий транспондер теперь может выбирать наиболее короткий и высокоскоростной путь между двумя маршрутизаторами, что позволяет оптимизировать работу сети в целом. Более того, поскольку эта технология разработана на основе MPLS, вопросы о том, каким образом IP–маршрутизатор будет взаимодействовать с оптической средой передачи, как развивать дальнейшую стратегию перехода к полностью оптическим IP–совместимым сетям, решаются сами собой.
Несмотря на то, что будущее за IP–совместимыми сетями, DWDM будет продолжать развиваться и совершенствоваться как самостоятельная технология передачи в отношении увеличения количества длин волн, используемых при мультиплексировании. А поскольку пропускная способность была и остается важнейшей проблемой многих операторов связи, роль DWDM как технологии, обеспечивающей поступательное развитие широкополосных мультисервисных сетей, сохранится, возможно, еще в течение длительного времени.
| < Предыдущая | Следующая > |
|---|
