Lektsia_DWDM (Электронные лекции)

Лекция 9Сети DWDMТехнология уплотненного волнового мультиплексирования(Dense Wave Division Multiplexing, DWDM) предназначена длясоздания оптических магистралей нового поколения, работающих намультигигабитных и терабитных скоростях. Такой революционныйскачок производительности обеспечивает принципиально иной,нежели у SDH, метод мультиплексирования — информация воптическомволокнепередаетсяодновременнобольшимколичеством световых волн лямбд — термин возник в связи страдиционным для физики обозначением длины волны λ.Сети DWDM работают по принципу коммутации каналов, приэтом каждая световая волна представляет собой отдельныйспектральный канал и несет собственную информацию.ОборудованиеDWDMнезанимаетсянепосредственнопроблемами передачи данных на каждой волне, то есть способомкодированияинформацииипротоколомеепередачи.Егоосновными функциями являются операции мультиплексирования идемультиплексирования, а именно — объединение различных волнводномсветовомпучкеивыделениеинформациикаждогоспектрального канала из общего сигнала.

Наиболее развитыеустройства DWDM могут также коммутировать волны.Первым применением технологии DWDM были протяженныемагистрали, предназначенные для связи двух сетей SDH. Притакой простейшей двухточечной топологии способность устройствDWDM выполнять коммутацию волн является излишней, однако помере развития технологии и усложнения топологии сетей DWDMэта функция становится востребованной.Принципы работыКакэтопроисходит?Подобнотому,каквидимыйчеловеческим глазом свет состоит из различных цветов, накоторые можно его разложить, а затем опять собрать, так ипередаваемый по технологии DWDM световой поток, состоит изразличных длин волн (λ).То есть по одному волокну можно передавать более сотнистандартныхканалов.Так,аппаратура,используемаяприпостроении DWDM-сети Компании ТрансТелеКом, в максимальнойконфигурации позволяет задействовать до 160 длин волн.Принципиальная схема DWDM достаточно проста.

Для тогочтобы организовать в одном волокне несколько оптических каналовсигналы SDH «окрашивают», то есть меняют оптическую длинуволныдлясмешиваютсякаждогоприоптическую линию.такогопомощисигнала.«Окрашенные»мультиплексораВ конечном пунктеисигналыпередаютсяпроисходитвобратнаяоперация - «окрашенные» сигналы SDH выделяются из групповогосигнала и передаются потребителю.Естественно, что для того чтобы передавать по одномуволокнумножествоволновыхпотоков,технологияDWDMобеспечена оборудованием особой точности. Так, погрешностьдлиныволны,которуюобеспечиваетстандартныйлазер,применяемый в телекоммуникациях, примерно в сто раз больше,чем требуется в системе DWDM.Померепрохожденияпооптическомуволокнусигналпостепенно затухает.

Для того чтобы его усилить, используютсяоптические усилители. Это позволяет передавать данные нарасстояния до 4000 км без перевода оптического сигнала вэлектрический(длясравнения,вSDHэторасстояниенепозволяетпередаватьпопревышает 200 км).СегодняоборудованиеDWDMодному оптическому волокну 32 и более волн разной длины в окнепрозрачности 1550 нм, при этом каждая волна может переноситьинформациюсоскоростьюдо10Гбит/с(приприменениипротоколов технологий STM или 10 Gigabit Ethernet для передачиинформации на каждой волне).

В настоящее время ведутся работыпо повышению скорости передачи информации на одной длиневолны до 40-80 Гбит/с.У технологии DWDM имеется предшественница — технологияволнового мультиплексирования (Wave Division Multiplexing, WDM),котораяиспользуетчетыреспектральныхканалавокнахпрозрачности 1310 нм и 1550 нм с разносом несущих в 800-400 ГГц.(Поскольку стандартной классификации WDM не существует, товстречаются системы WDM и с другими характеристиками.)Мультиплексирование DWDM называется «уплотненным» изза того, что в нем используется существенно меньшее расстояниемежду длинами волн, чем в WDM. Нa сегодня рекомендацией G.692сектора ITU-T определены два частотных плана (то есть наборачастот,отстоящихдруготдругананекоторуюпостояннуювеличину):частотный план с разнесением частот между соседнимиканалами 100 ГГц,, в соответствии с которым для передачи данныхприменяется 41 волна в диапазоне от 1528,77 (196,1 ТГц) до.1560,61 нм (192,1 ТГц);частотный план с шагом 50 ГГц , позволяющий передавать вэтом же диапазоне 81 длину волны.Реализация частотных планов с шагом 50 ГГц и 25 ГГцпредъявляет гораздо более жесткие требования к оборудованиюDWDM, особенно в том случае, если каждая волна переноситсигналы со скоростью модуляции 10 Гбит/с и выше (STM-64,10GE или STM-256).

Еще раз подчеркнем, что сама технологияDWDM (как и WDM) не занимается непосредственно кодированиемпередаваемой на каждой волне информации — это проблемаболеевысокоуровневойтехнологии,котораяпользуетсяпредоставленной ей волной по своему усмотрению и можетпередавать на этой волне как дискретную, так и аналоговуюинформацию. Такими технологиями могут быть SDH или 10 GigabitEthernet.

Теоретически зазоры между соседними волнами в 50 ГГц идаже 25 ГГц позволяют передавать данные со скоростями 10Гбит/с, но при этом нужно обеспечить высокую точность частоты иминимально возможную ширину спектра несущей волны, а такжеснизитьуровеньшумов,чтобыминимизироватьэффектперекрытия спектра .STM-64 при интервале 100 ГГцSTM-64 при интервале 50 ГГцПерекрытиеSTM-16 при интервале 100 ГГцSTM-16 при интервале 50 ГГцПерекрытие спектра соседних волн для разных частотных планов искоростей передачи данныхВолоконно-оптические усилителиПрактический успех технологии DWDM, оборудование которойуже работает на магистралях многих ведущих мировых операторовсвязи, во многом определило появление волоконно-оптическихусилителей.Этиоптическиеустройстванепосредственноусиливают световые сигналы в диапазоне 1550 нм, исключаянеобходимостьпромежуточногопреобразованияихвэлектрическую форму, как это делают регенераторы, применяемыев сетях SDH.

Системы электрической регенерации сигналов весьмадороги и, кроме того, зависят от протокола, так как они должнывосприниматьопределенныйвидкодированиясигнала.Оптические усилители, «прозрачно» передающие информацию,позволяют наращивать скорость магистрали без необходимостимодернизировать усилительные блоки.Протяженность участка между оптическими усилителями можетдостигать 150 км и более, что обеспечивает экономичностьсоздаваемыхмагистралейDWDM,вкоторыхдлинамультиплексной секции составляет на сегодня 600-3000 км приприменении от 1 до 7 промежуточных оптических усилителей.ВрекомендацииITU-TG.692определенытритипаусилительных участков, т.е.

участков между двумя соседнимимультиплексорами DWDM:L (Long) — участок состоит максимум из 8 пролетов волоконнооптических линий связи и 7 оптических усилителей, максимальноерасстояние между усилителями — до 80 км при общей максимальнойпротяженности участка 640 км;V (Very long) — участок состоит максимум из 5 пролетовволоконно-оптических линий связи и 4 оптических усилителей,максимальное расстояние между усилителями — до 120 км приобщей максимальной протяженности участка 600 км;U (Ultra long) — участок без промежуточных усилителей длиной до160 км.Ограничения на количество пассивных участков и их длину связаныс деградацией оптического сигнала при его оптическом усилении.Хотя оптический усилитель, восстанавливает мощность сигнала, онне полностью компенсирует эффект хроматической дисперсии (тоесть распространения волн разной длины с разной скоростью, из-зачего сигнал на приемном конце волокна «размазывается»), а такжедругие нелинейные эффекты.

Поэтому для построения болеепротяженныхучасткамимагистралейустанавливатьнеобходимомеждуDWDM-мультиплексоры,усилительнымивыполняющиерегенерацию сигнала путем его преобразования в электрическуюформу и обратно. Для уменьшения нелинейных эффектов в системахDWDM применяется также ограничение мощности сигнала.Оптические усилители используются не только для увеличениярасстояниямедумультиплексорами,ноивнутрисамихмультиплексоров.

Если мультиплексирование и кросс-коммутациявыполняютсяисключительнооптическимисредствами,безпреобразования в электрическую форму, то сигнал при пассивныхоптическихпреобразованияхтеряетмощностьиегонужноусиливать перед передачей в линию.НовыеисследованияработающихвтакпривеликназываемомпоявлениюL-диапазонеусилителей,(4-еокнопрозрачности), от 1570 до 1605 нм. Использование этого диапазона,а также сокращение расстояния между волнами до 50 ГГц и 25 ГГцпозволяет нарастить количество одновременно передаваемых длинволн до 160 и более, то есть обеспечить передачу трафика соскоростями 800 Гбит/с -1,6 Тбит/с в одном направлении по одномуоптическому волокну.

С успехами DWDM связано еще одноперспективноеоптическиетехнологическоесети.Втакихнаправлениесетяхвсемультиплексированию/демультиплексированию,полностьюоперациивводу-выводупоикросс-коммутации (маршрутизации) пользовательской информациивыполняютсябезпреo6paзованияоптическойформывэлектрическую. Исключение преобразования в электрическую формупозволяетсущественноудешевитьсеть.Однаковозможностиоптических технологий пока еще недостаточны для созданияполностью оптических масштабных сетей, поэтому их практическоеприменениеограниченофрагментами,междувыполняется электрическая регенерация сигнала.которымиТиповые топологииТерминальныймультиплексорDWDMТерминальныймультиплексорDWDMХронологически первой областью применения технологии DWDM(как и технологии SDH) стало создание сверхдальних высокоскоростныхмагистралей, имеющих топологию двухточечной цепи.Для организации такой магистрали достаточно в ее конечныхточках установить терминальные мультиплексоры DWDM, а впромежуточных точках — оптические усилители, если этого требуетрасстояние между конечными точками.В приведенной на рис.

схеме дуплексный обмен междуабонентами сети происходит за счет однонаправленной передачивсего набора волн по двум волокнам. Существует и другой вариантработы сети DWDM, когда для связи узлов сети используется одноволокно. Дуплексный режим достигается путем двунаправленнойпередачи оптических сигналов поволокну — половинаволнчастотного плана передают информацию в одном направлении,половина — в обратном.Естественнымразвитиемтопологиидвухточечнойцепиявляется цепь с промежуточными подключениями, в которойпромежуточные узлы выполняют функции мультиплексоров вводавывода.Оптические мультиплексоры ввода-вывода (Optical AddDrop Multiplexer).