Технология DWDM: ее развитие и применение

Основы Введение в DWDM

Мультиплексирование с разделением по длине волны WDM — это технология, которая мультиплексирует оптические сигналы разных длин волн в одно волокно для передачи.

• CWDM (грубое мультиплексирование с разделением по длине волны) использует широкий интервал длин волн, обычно 20 нм.
• DWDM (плотное мультиплексирование с разделением по длине волны) использует узкое расстояние между длинами волн, обычно от 0.8 до 2 нм.

Теперь мы сосредоточимся на внедрении технологии плотного мультиплексирования с разделением по длине волны (DWDM) в WDM.

DWDM объединяет оптические носители по одному волокну для передачи, увеличивая пропускную способность каждого волокна. DWDM может передавать услуги SDH, IP-услуги и услуги ATM.

Стандарт Международного союза электросвязи ITU для длин волн DWDM составляет 1528.77-1563.86 нм, в основном в C-диапазоне с низким затуханием и дисперсией. Разнос длин волн 100 ГГц (0.8 нм) может иметь 40 каналов, разнос длин волн 50 ГГц (0.4 нм) может иметь 80 каналов.

Структура блока DWDM

Плотное мультиплексирование с разделением по длине волны (DWDM) в настоящее время является относительно продвинутой технологией оптоволоконной связи. С развитием экономики и технологий спрос людей на скорость передачи данных также увеличился до относительно высокого уровня, что привело к блестящим перспективам технологии DWDM.

• Оптический транспондер: преобразует световые сигналы с длиной волны;
• Оптический мультиплексор и разветвитель: объединяет и разделяет световые сигналы с фиксированной длиной волны;
• Оптический усилитель (OLA): расположенный в середине секции оптической передачи, OLA усиливает оптический сигнал;
• Оптический контрольный канал: используется для управления и мониторинга системы DWDM, чтобы система управления сетью могла эффективно управлять системой DWDM.

Принцип работы системы DWDM

Двухволоконная однонаправленная передача

Однонаправленная система WDM использует два оптических волокна. Одно волокно завершает передачу оптических сигналов только в одном направлении, а передача обратных оптических сигналов завершается другим волокном.

Преимущества: каждый сигнал передается на разной длине волны, что гарантирует отсутствие помех, и одна и та же длина волны может повторно использоваться в обоих направлениях.

Недостатки: Низкое использование ресурсов оптоволокна и оптических устройств.

Двунаправленная передача по одному волокну

Система двунаправленного мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM) использует одно волокно для передачи сигналов в обоих направлениях, при этом сигналы передаются по разным длинам волн в каждом направлении, обеспечивая полнодуплексную связь.

Преимущества: можно уменьшить количество используемых волокон и линейных усилителей, что снижает затраты.

Недостатки: высокие требования, необходимость устранения многоканальных помех, увеличение дальности передачи требует оптического усиления.

Классификация DWDM-систем

Открытая система DWDM

На стороне передачи OTU используется для преобразования нестандартных длин волн в стандартные длины волн. Основная функция этого устройства заключается в преобразовании нестандартных длин волн в стандартные длины волн, указанные ITU-T, чтобы обеспечить совместимость длин волн системы.

Интегрированная система DWDM

Сам служебный сигнал уже соответствует стандартной длине волны, и на приемопередатчике и передатчике не требуется OTU.

Ключевые компоненты DWDM

Источник света:

Функция источника света состоит в том, чтобы генерировать лазер или флуоресценцию, что является важным устройством в волоконно-оптических системах связи.

Источник света системы DWDM имеет относительно большой допуск на дисперсию и стандартную и стабильную длину волны.

Существует два метода модуляции лазеров: прямая модуляция и косвенная модуляция.

фотодетектор:

Роль фотодетектора заключается в преобразовании принятого оптического сигнала в соответствующий электрический сигнал.

Поскольку оптический сигнал, передаваемый по оптоволокну, обычно очень слаб, к фотоприемнику предъявляются высокие требования.

Оптический усилитель:

Оптический усилитель используется для усиления оптического сигнала и в основном включает в себя волоконный усилитель, легированный эрбием (EDFA), и волоконный усилитель комбинационного рассеяния.

Оптический мультиплексор и оптический демультиплексор:

Основными компонентами системы WDM являются мультиплексор с разделением по длине волны, то есть оптический мультиплексор и оптический демультиплексор, которые фактически являются оптическими фильтрами. От их характеристик во многом зависит производительность всей системы, а требования - достаточное количество каналов мультиплексирования, малые вносимые потери, широкий диапазон полосы пропускания и т.д.

Существует много типов оптических мультиплексоров с разделением по длине волны, которые можно условно разделить на четыре категории: тип интерференционного фильтра, тип оптоволоконного ответвителя, тип решетки и тип решетки волноводного типа.

Типы сети

Сеть точка-точка

Ячеистая сеть

Кольцевая сеть

Преимущества технологии DWDM

• Сверхбольшая пропускная способность: поскольку технология DWDM полностью использует ресурсы пропускной способности волокна, мультиплексируя десятки или даже сотни каналов в одном волокне, пропускная способность одного волокна значительно увеличивается.
• «Прозрачная» передача данных: система DWDM прозрачна для «данных» и не зависит от скорости сигнала и метода электрической модуляции. Таким образом, одновременно могут передаваться несколько бизнес-сигналов с совершенно разными скоростями, форматами и характеристиками.
• Удобная и гибкая модернизация и расширение системы: новые услуги могут быть введены путем добавления длин волн без прерывания существующих услуг, что обеспечивает максимальную защиту существующих инвестиций.
• Экономичная и надежная сеть: новая сеть связи, построенная с использованием DWDM Технология намного проще, чем сеть, состоящая из традиционной технологии электрического мультиплексирования с временным разделением, и сетевая иерархия ясна. Благодаря упрощенной структуре сети, четкой иерархии и удобному бизнес-планированию экономичность и надежность сети очевидны.
• Создание полностью оптической сети: технология DWDM станет одной из ключевых технологий для создания полностью оптической сети, а системы DWDM могут быть совместимы с будущими полностью оптическими сетями. В будущем, возможно, станет возможным создание прозрачной и надежной полностью оптической сети на основе уже построенной сети DWDM.

Технологии DWDM и CWDM — это два разных продукта технологии мультиплексирования с разделением по длине волны, каждый из которых имеет преимущества на разных сетевых уровнях.

Благодаря своей низкой стоимости и простой структуре технология CWDM имеет хорошие перспективы применения на уровне доступа городских сетей с ее мультисервисными функциями. С другой стороны, технология DWDM предпочтительнее для магистральных сетей, опорных городских сетей и оборудования для передачи по магистральным локальным сетям из-за ее высокой пропускной способности и характеристик передачи на большие расстояния.

При выборе решения CWDM/DWDM следует выбирать наилучшее решение, учитывая требования и бюджет проекта, а также сочетая их характеристики и различия.

Обсуждение технологии DWDM

DWDM относится к технологии мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM), которая является зрелой технологией, которая широко используется в области передачи данных по оптоволокну. WDM использует характеристики передачи световых волн для объединения световых волн разных длин волн и частот через систему оптического мультиплексирования, чтобы данные можно было передавать по одному оптическому волокну. Принципиальная схема его системной структуры показана на рисунке.

Диаграмма распространения технологии WDM

Мультиплексор оптических волн и демультиплексор оптических волн являются ядром всей системы WDM. В настоящее время две функции волнового мультиплексора и демультиплексирования могут быть интегрированы в одну машину, которая рассматривается как система оптического мультиплексирования, аналогичная модему, который может выполнять как функции модуляции, так и демодуляции в ранней медной системе передачи. С развитием науки и техники чувствительность машин, связанных с системой оптического мультиплексирования, была улучшена, и они смогли выполнять операции мультиплексирования и демультиплексирования оптических сигналов с очень близкими длинами волн и частотами, что закладывает прочную основу для широкое применение технологии DWDM.

Канал	Центральная частота (ТГц)	Длина волны (нм)	Канал	Центральная частота (ТГц)	Длина волны (нм)	Канал	Центральная частота (ТГц)	Длина волны (нм)	Канал	Центральная частота (ТГц)	Длина волны (нм)
C21	192.1	1560.61	C31	193.1	1552.52	C41	194.1	1544.53	C51	195.1	1536.61
C22	192.2	1559.79	C32	193.2	1551.72	C42	194.2	1543.73	C52	195.2	1535.82
C23	192.3	1558.98	C33	193.3	1550.92	C43	194.3	1542.94	C53	195.3	1535.04
C24	192.4	1558.17	C34	193.4	1550.12	C44	194.4	1542.14	C54	195.4	1534.25
C25	192.5	1557.36	C35	193.5	1549.32	C45	194.5	1541.35	C55	195.5	1533.47
C26	192.6	1556.55	C36	193.6	1548.51	C46	194.6	1540.56	C56	195.6	1532.68
C27	192.7	1555.75	C37	193.7	1547.72	C47	194.7	1539.77	C57	195.7	1531.9
C28	192.8	1554.94	C38	193.8	1546.92	C48	194.8	1538.98	C58	195.8	1531.12
C29	192.9	1554.13	C39	193.9	1546.12	C49	194.9	1538.19	C59	195.9	1530.33
C30	193	1553.33	C40	194	1545.32	C50	195	1537.4	C60	196	1529.56

Длина волны DWDM: распределение длины волны 40-волнового DWDM 100G

В системе DWDM один оптический кабель может передавать несколько световых волн с разными длинами волн и частотами, и эти световые волны распространяются по разным оптическим каналам, разделенным оптическим волокном, что делает скорость передачи данных, которая изначально составляла 2.5 ГБ/с, в оптический кабель может быть увеличен во много раз. В настоящее время максимальный трафик данных, который может быть передан по одному волокну, достиг 400 Гбит/с. Система DWDM имеет несравненные преимущества в применении.

Во-первых, несколько оптических сигналов объединяются в один канал для передачи, что эффективно повышает эффективность передачи данных. Во-вторых, эта технология может эффективно снизить затраты, особенно в процессе передачи данных на большие расстояния с использованием оптических волокон в качестве носителей передачи. Технология оптического мультиплексирования, особенно технология DWDM, позволяет значительно сэкономить оптические волокна и оборудование для регенерации оптического сигнала, а в то же время технология EDFA, внешняя модуляция, электропоглощение и другие технологии, задействованные в передаче, делают допустимые потери и рассеивание скачков всей системы передачи больше, эффективно увеличивая расстояние передачи.

В то же время система DWDM эквивалентна виртуализации нескольких волоконно-оптических каналов в одном оптоволокне, поэтому она имеет хорошую совместимость для передачи различных данных, эффективно повышая живучесть всей системы передачи по оптоволоконному кабелю, а также очень удобна. для операций расширения.

теоретическая системная схема технологии DWDM

Сетевой анализ DWDM

Собственные характеристики оптического волокна определяют, что его трудно исправить после завершения прокладки оптоволоконной сети. В сети DWDM используются различные технологии, поэтому в процессе проектирования к ней следует относиться с большей осторожностью.

Общая структура DWDM-система с мультиплексированием по длине волны N в основном включает следующее:

• Блок оптического транспондера (OTU);
• Мультиплексор с разделением по длине волны: оптический демультиплексор/мультиплексор (ODU/OMU);
• Оптический усилитель (БА/ЛА/ПА);

Общая структура системы DWDM с мультиплексированием по N длинам волн

Классификация сетей DWDM усложняется различными классификационными критериями, включая способ предоставления услуг, возможность преобразования длины волны, наличие фотоэлектрического преобразования в процессе передачи и т. д. Топологическая структура сети должна учитываться при ее построении и дизайн.

Как и традиционная сеть передачи данных, сеть DWDM по топологической структуре также делится на ячеистую, кольцевую, звездообразную и шинную сети. В текущей прикладной среде более распространены ячеистые и кольцевые сетевые методы. При определении режима сети необходимо учитывать основные факторы, в том числе стоимость и производительность сети. В частности, он должен включать максимальный объем данных «точка-точка», который может передавать сеть, возможности сетевой маршрутизации, безопасность сети, автономную отказоустойчивость сети и т. д.

На основе общего рассмотрения вышеперечисленных проблем определяется окончательный вид и связанные с ним параметры сети в соответствии с характеристиками различных топологических структур. Как правило, рекомендуется принять единую схему проектирования, чтобы избежать разделения всего процесса проектирования на несколько этапов, что может эффективно поддерживать согласованность всего планирования веб-сайта и улучшить всесторонние коммуникационные возможности сети.

Взяв в качестве примера ячеистую оптоволоконную сеть, проектировщики должны уделять особое внимание потребностям окружающей среды и учитывать изменения во всей среде спроса в будущем процессе разработки, а затем оценивать соответствующие параметры в соответствии с потребностями, включая размер. OXC, расположенных в разных узлах, количество волокон и требования к длине волны между узлами. Из-за слабой способности к самовосстановлению ячеистой топологии проблемы, которые необходимо определить в процессе проектирования, в основном сосредоточены на пропускной способности сети, особенно при выходе из строя соответствующей дороги или узла в сети, проблеме канала передачи. связанные с требованиями к данным, является основным моментом для рассмотрения.

Напротив, способность к самовосстановлению кольцевой сети немного лучше, поэтому больше внимания уделяется проектированию уровня сети. Особое внимание следует также уделить проблеме сегментации и локализации структуры и функций кольцевой сети на основе внутрикольцевой маршрутизации и распределения длин волн. В отличие от ячеистой волоконно-оптической сети, в кольцевой сети не требуется учитывать выделение незанятой пропускной способности сети, поскольку сама незанятая пропускная способность встроена в кольцевую сеть. После процесса проектирования сети необходимо также рассмотреть вопросы оптимизации для сетей DWDM. Это необходимо для оптимизации конфигурации каждого звена в соответствии с фактическими параметрами в сети, и этот процесс выполняется до тех пор, пока не будет проложена вся сеть.

В среде со скоростью передачи более 10Gb / s, такие проблемы, как искажение сигнала, сильно влияют на качество передачи, поэтому оптимизация сети имеет решающее значение. В этом процессе работа включает в себя определение базовой конфигурации при проведении проектных торгов, измерение фактических параметров при реализации проекта, настройку модуля DCM и насосной карты, а также фактические настройки параметров каждого конкретного сегмента по результатам измерений. , и настройка предыскажения сигнала, и многие другие аспекты. Только тщательно реализуя каждое звено, мы можем получить качественные услуги по передаче сигнала.

Оптический модуль DWDM реализует недорогое расширение пропускной способности оптоволокна

В традиционных режимах передачи одно волокно может передавать только оптические несущие сигналы, несущие один тип информации.

Обычный двухволоконный оптический модуль (передача по 2-жильным волокнам).

Его можно заменить оптическим модулем BIDI (передача по одножильному волокну), когда требуются дополнительные услуги, но ресурсы волокна ограничены.

Когда количество сервисов продолжает расти и BIDI уже недостаточно, можно использовать оптический модуль WDM (в основном DWDM), который мы здесь и представляем — оптический модуль DWDM SFP и оптический модуль DWDM SFP+.

О мультиплексировании с разделением по длине волны (DWDM)

Мультиплексирование с разделением по длине волны DWDM — это WDM, который представляет собой мультиплексирование оптических сигналов разных длин волн в одно волокно для передачи.

В традиционном режиме передачи по одному волокну может передаваться только один тип информационного оптического несущего сигнала. В случае различных услуг для передачи требуются разные волокна. Технология мультиплексирования с разделением по длине волны DWDM может обеспечить несколько виртуальных волоконно-оптических каналов на одном физическом волокне.

Каналы DWDM расположены более плотно и используют окна передачи C-диапазона (1525–1565 нм) и L-диапазона (1570–1610 нм), которые представляют собой небольшие сегменты, вынесенные из диапазона длин волн CWDM. Разнос каналов DWDM составляет 0.4 нм, 0.8 нм, 1.6 нм и т. д. (разнос каналов CWDM составляет 20 нм), что меньше и требует дополнительных устройств управления длиной волны.

Модуль оптического приемопередатчика DWDM

Оптические модули DWDM, также известные как оптические модули цветного света, являются важным компонентом оптических модулей для преобразования оптоэлектронных сигналов. Подобно обычным оптическим модулям, оптические модули DWDM необходимо использовать с мультиплексорами с разделением по длине волны DWDM для мультиплексирования оптических сигналов разных длин волн в одно волокно для передачи. На приемном конце линии смешанный сигнал в волокне демультиплексируется в сигналы с разными длинами волн с помощью оптического демультиплексора для обеспечения передачи на большие расстояния.

Общие типы пакетов для оптических модулей DWDM включают SFP, SFP +, XFP, SFP28, QSFP + и QSFP28, которые имеют преимущества высокой пропускной способности, небольшого размера, низкого энергопотребления, дуплексного интерфейса LC, DDM (функция цифровой диагностики), и т. д.

Общие оптические модули DWDM включают 1.25G SFP DWDM, 10G SFP+ DWDM, 10G XFP CWDM, 25G SFP28 DWDM, 40G QSFP+ DWDM и 100G QSFP28 DWDM. Обычное расстояние передачи оптических модулей DWDM составляет 40 км, также доступны варианты на 80 км и 120 км (можно использовать несколько ретрансляционных станций для увеличения расстояния передачи более 120 км).

Два прикладных решения для модулей оптических приемопередатчиков DWDM

Решение для однонаправленной передачи DWDM по двухволоконному кабелю

Двухволоконный однонаправленный означает одновременную передачу всех оптических путей в одном направлении по одному волокну. Различные длины волн несут разные оптические сигналы, которые мультиплексируются на передающем конце и передаются по одному волокну. На приемном конце они демультиплексируются для завершения передачи нескольких оптических сигналов, в то время как противоположное направление передается по другому волокну. Два направления передачи завершаются двумя отдельными волокнами.

Решение для двунаправленной передачи DWDM по одному волокну

Одноволоконная двунаправленность означает, что оптический сигнал использует разные длины волн для отправки и приема по одному волокну для обеспечения двунаправленной передачи услуг.