сети dwdm

Технологии

Структура уплотненного волнового мультиплексирования (DWDM) создана для оптических магистралей нового времени, которые работают на терабитных и мультигигабитных скоростях. Речь идет о большой производительности мультиплексирования, то есть данные в оптическом волокне транспортируются одновременно большим количеством световых волн — лямбд λ.

Сеть DWDM соответствует принципу коммутации каналов и пакетов, каждая световая волна передается по отдельному спектральному каналу и передает личную информацию. Аппаратная часть DWDM не занимается прямыми проблемами транспортировки данных на каждой волне, образно говорят методами кодирования данных и протоколами передачи. Его основная задача это мультиплексирования и демультиплексирования, а если быть проще, то организация разных волн в один световой пучок а потом выделение данных каждого спектрального канала из общего сигнала. Эта технология считается революционной благодаря возможности коммутации и мультиплексирования над световыми сигналами без модификации их в электрическую форму. Эта технология не поддерживает методы защиты информации и методы обнаружения ошибок, она только передает световые волны. В таких сетях нужна правильная работа алгоритма покрывающего дерева а также концентраторов.

Технологии

На сегодня аппаратная часть DWDM разрешает транспортировать по одному оптическому волокну 32 и больше волн разной длины в окне прозрачности 1550 нм. И каждая волна может транспортировать данные со скоростью до 10 Гбит/с. На данный момент идет процесс повышения скорости транспортировки данных на одной длине волны с полосой пропускания в 40-80 Гбит/с. Самым важной характеристикой в технологии плотного волнового мультиплексирования является расстояние между соседними каналами. Стандартизация пространственного расположения линий нужна, для того, что на ее основе можно будет проводить тесты на взаимную совместимость оборудования разных производителей. Сектор по стандартизации телекоммуникаций международного союза по электросвязи ITU-T утвердил частотный план DWDM с расстоянием между соседними каналами в 1000 ГГц. Не понимая какие преимущества и ограничения имеет каждый частотный план, организации и операторы связи, которые планируют наращивать пропускную способность сети, могут напороться на значительные трудности.

Сетка 100 ГГц показана в таблице 1 с частотным планом 100 ГГц и разной степенью разреженности каналов. Все сетки кроме 500/400 обладают равноудаленными каналами. Равномерное распределение каналов разрешает оптимизировать работу волновых конвертеров, лазеров и др. и разрешает легче реализовать наращивание. Реализация любой сетки частотного плана зависит от:

• скорости передачи на канал
• нелинейных эффектов
• типа оптического усилителя (фтор-цирконатный или кремниевый)

Стандартные EDFA на кремниевом волокне обладают одним недостатком — многую вариацию коэффициента усиления в области ниже 1540 нм, что дает низкий параметр соотношения сигнал/шум и нелинейности усиления в этой области. С увеличением полосы пропускания минимальное значение по стандарту соотношение сигнал/шум увеличивается. Для канала STM-64 оно на 4-7 дБ больше, чем для STM-16. По этому, нелинейность коэффициента усиления кремниевого EDFA сильно ограничивает размер зоны для мультиплексных каналов STM-64 (1540-1560 нм), чем для каналов STM-16 и меньшей емкости.

Сетка 50 ГГц более плотная, но нестандартизированная. Сетка с таким частотным планом разрешает эффективней реализовывать зону 1540-1560 нм,где работают стандартные кремниевые EDFA. При такой сетке есть ряд минусов.

• при уменьшении межканального интервала увеличивается влияние эффект четырехволнового смешивания, что ограничивает максимальную длину межрегенерационной линии.
• Маленькое межканальное расстояние ~ 0,4 нм может ограничить реализацию мультиплексирования каналов STM-64. На рис.1 видно, что мультиплексирование каналов STM-64 с интервалом в 50 ГГц невозможно, так как возникает перекрытие спектров соседних каналов.
• При интервале в 50 ГГц требования и производству лазеров и др компонентов становится жесткими, что снижает потенциальное число производителей.

Рисунок 1

мультиплексоры DWDM

Мультиплесоры DWDM относительно WDM имеют две отличительные черты:

• малые дистанции между мультиплесными каналами — 0,8 нм или 0,4 нм
• реализация только одного окна прозрачности 1550 нм

Мультиплексирование DWDM имеет название уплотненное, так как используется на много меньше расстояние между длинами волн, чем у предшествинника WDM и seti_PDH. На текущий момент рекомендацией G.692 сектора ITU-T есть два частотных плана(набор частот, которые отстают друг от друга на одну и ту же константу):

• частотны план с разбросом частот между соседними каналами 100 ГГц (Δλ≈ 0,8 нм) для которого применяется 41 волна в диапазоне от 1528,77 (196,1 ТГц) до 1560,61 нм (192,1 ТГц);
• частотны план с шагом 50 ГГц (Δλ≈ 0,4 нм) что дает в том же диапазоне 81 длину волны.

На рисунке 2.а показана обычная схема DWDM — мультиплексора с зеркальным отражательным элементом. Входной мультиплесный сигнал попадает на входной порт. Этот сигнал проходит через волновод-пластину и расходится по множеству волноводов. Далее реализовано отражение сигналов от зеркальной поверхности после чего световые потоки вновь собираются в волноводе-пластине, где реализована фокусировка и интерференеция ( создаются пространственно разнесенные интерференционные максимумы интенсивности, соответствующие разным каналам).

Другой метод реализации мультиплексора основан не на одной, а на паре волноводов-пластин (рис.2.б). Механизм работы такой же как в предыдущем, однако для фокусировки и интерференции используется еще одна пластина.

DWDM мультиплексоры, являются пассивными устройствами которые вносят большое затухание в сигнал. К примеру устройства (рис.1.а) который работает в режиме демультиплексирования составляют 4-8 дБ, при дальних переходных помехах < -20 дБ и полуширине спектра сигнала 0,05 нм.

Рисунок 2

Также ведутся эксперименты по повышению количества волн в двое с шагом 25 ГГц, и будущая технология будет называться HDWDM.

Эксплуатация частотных планов с ходом шага 50 ГГц и 25 ГГц представляет жесткие задачи к оборудованию, особенно если будет скорость модуляции более 10 Гбит/с. Теоретически зазоры между соседними волнами в 25 и 50 ГГц можно передавать данные со скоростью 10 Гбит/с, но при этом нужно учитывать характеристики проводных линий связи и реализовать минимально возможную ширину спектра несущей волны и высокою точность частоты, а также снизить уровень шумов. Это показано на рис.3.

Рисунок 3

Транспондеры и трансиверы

Для транспортировки данных на длине волны из сетки DWDM можно применять трансиверы и транспондеры. Транспондеры в отличии от трансиверов, разрешают изменить длину волны излучения последнего устройства в длину волны DWDM для транспортировки в мультиплексор. На входы оптического мультиплексора приходят оптические сигналы, параметры которых равны параметрам стандарта G.692.

Реализация оптических усилителей

На сегодня технологии оптического усиления на основе EDFA сделали скачок вперед. Обычные волоконно-оптические системы реализуют регенераторы, повторители повышающие мощность сигнала и др. (рис.4). Когда расстояние между удаленными узлами больше чем длина затухания сигнала, то между такими узлами ставят регенераторы, которые слабый сигнал усиливают (все параметры сигнала восстанавливаются в исходные). Такие регенераторы не разрешает наращивать пропускную способность линии.

На основе EDFA потеря мощности сигнала в линии решается путем оптического усиления (4.б). В отличии от регенераторов, усиление не привязано к битовой скорости сигнала, что разрешает транспортировать данные на высоких скоростях и наращивать пропускную способность до тех пор, пока не вступят в силу другие факторы (поляризационная модовая дисперсия и хроматическая дисперсия). Усилители EDFA разрешают усиливать многоканальный WDM сигнал, добавляя еще одно измерения в пропускную ёмкость. В отличии от регенераторов оптические усилителя вносят свой шум, который нужно учитывать.

Рисунок 4

Построение сетей DWDM

Городские сети DWDM обычно создают с реализацией кольцевой архитектуры, что разрешает реализовывать средства защиты на уровне DWDM при скорости восстановления не больше 50 мс. В такой технологии DWDM минимальная дискретность сигнала — это длина волны или оптический канал. Реализация целых длин волн с объемом канала 2,5 или 10 Гбит/с для обмена трафиком между подсетями оправдывает себя при больших транспортных сетях. Уровень распределения можно реализовать и на базе SDH-каналов. При упаковке ATM/SDH/IP — сигналов в оптический канал их содержимое и структура не меняются. Системы DWDM реализуют только мониторинг отдельных байтов для контроля правильности прохождения сигналов. Соединения подсетей по инфраструктуре DWDM на отдельно взятой длине волны можно смотреть как соединение парой оптических кабелей.

Смотрите также:

• документирование информации
• сетевой адаптер
• контроль удаленного доступа
• методики оценки рисков
• token ring
• основные понятия криптографии