Облако Тэгов

Технология CWDM

История и причины появления

Технология спектрального уплотнения каналов с разделением по длинам волн появилась в начале 80-х годов и поначалу предназначалась для магистральных линий связи, но с 90-х годов WDM стала широко применяться в городских и региональных сетях MAN (Metropolitan Access Network). По мнению специалистов, развитие волоконной оптики и волоконно-оптических систем передачи, включая технологию WDM, несмотря на достигнутые успехи все еще находится в середине своего пути.

 

Городские сети очень чувствительны к стоимости оборудования и для них наиболее интересной и перспективной технологией стало «неплотное» мультиплексирование с разделением по длине волны («разреженное» спектральное уплотнение) — CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing).

 

Развитие систем WDM стало возможно благодаря улучшению технологии оптического волокна, позволившей на порядок расширить рабочую полосу пропускания оптического волокна: с 30 до 340 нм. Затухание в полосе пропускания плавно менялось в относительно небольших пределах: ±3 дБ, что в свою очередь позволило значительно (в 10-50 раз) увеличить шаг несущих и тем самым существенно упростить фильтрацию несущих на приёмной стороне, исключив дорогостоящие элементы. Грубое спектральное уплотнение является технологией передачи данных, которая позволяет осуществить дуплексную передачу различных протоколов по оптическому волокну. Технология спектрального уплотнения применяется для более эффективного использования существующей волоконно-оптической инфраструктуры и повышения пропускной способности оптических волокон. Применение уплотнения позволяет снизить затраты на прокладку нового оптического кабеля.

 

Область применения

Многие сети крупных городов не модернизировались уже десять лет. Постоянное увеличение трафика привело некоторые зоны к тому, что у них уже почти не осталось ресурсов для роста. Недостаточная пропускная способность сети, известная также под названием «истощение волокон», является той проблемой, которую операторы связи хотели бы разрешить незамедлительно. Добавление системы спектрального уплотнения в оптическую транспортную систему является простым и экономически выгодным решением проблемы истощения (нехватки) волокон. По уже существующему оптическому волокну может производиться дополнительное обслуживание без прерывания обслуживания уже имеющихся абонентов.

 

Условия, в которых целесообразно применение спектрального уплотнения:

  • Городские и региональные оптические сети
  • Строительство сети в условиях дефицита ОВ (или высокой стоимости аренды ОВ)
  • Необходимость увеличения пропускной способности существующих сетей на базе ВОЛС
  • Предоставление множества услуг по оптоволоконной паре
  • Построение оптических сетей для предоставления в аренду «виртуального» волокна

 

Решения грубого спектрального уплотнения независимы к различным протоколам передачи информации. Это позволяет создавать различные телекоммуникационные услуги в одной транспортной среде.

CWDM resheniya

  • Создание до 8 логических пар волокон (каналов), используя различные длины волн, по одному волокну
  • Прозрачнность для всех протоколов от 100 Мбит/с до 40 Гбит/с
  • Любая комбинация сервисов по одному и тому же кабелю

 

Описание технологии

Грубое спектральное уплотнение основывается на методе уплотнения оптических каналов, отстоящих друг от друга на расстоянии 20 нм. Принцип данного метода заключается в том, что каждый информационный поток передается по одному оптическому волокну на разной длине волны (на разной несущей частоте). С помощью специальных устройств – оптических мультиплексоров – потоки объединяются в один оптический сигнал, который вводится в оптическое волокно. На приёмной стороне производится обратная операция – демультиплексирование, осуществляемая с применением оптических демультиплексоров. Это открывает поистине неисчерпаемые возможности как для увеличения пропускной способности линии, так и построению сложных топологических решений с использованием одного волокна.

 

Оптические каналы лежат в диапазоне от 1270 до 1610нм, число возможных каналов передачи – до 18. При выборе количества каналов следует обратить внимание на тип используемого одномодового волокна. Например, в волокнах типа G.652B (волокно с водяным пиком на длине волны 1383 нм) на коротких длинах волн большие потери на излучение, в связи с этим допустимое расстояние передачи сокращается и количество спектральных каналов будет меньше требуемого.

CWDM kanali

Технология CWDM лучше всего подходит для построения каналов протяженностью до 80 км. Как правило, к этой категории относятся линии связи между узлами доступа и коммутационными центрами сети провайдера. Системы спектрального уплотнения позволяют сэкономить немало средств на затратах построения и модификации волоконных линий, узлов, аренды волокна, обеспечивая высокую степень эффективности, безопасности, устойчивости и качества обслуживания соединений.

 

В системах Coarse WDM, в соответствии с рекомендацией МСЭ G.694.2 следует использовать не более 18 несущих с шагом 20 нм: 1270, 1290, 1310 ... 1570, 1590, 1610, т.е. если общая требуемая ширина диапазона длин волн не превышает 340 нм. Следует учесть, что на краях такого широкого диапазона затухание достаточно велико, особенно в области коротких волн. Увеличить число каналов до 18 позволили так называемые волокна с нулевым водяным пиком (ZWPF, Zero Water Peak Fiber; LWPF, Low Water Peak Fiber), параметры которых определяет рекомендация ITU-T G.652.C/D. В волокнах данного типа устранен пик поглощения на длине волны 1383нм и величина затухания на этой длине волны составляет порядка 0,31 дБ/км.

 

Волокно G.653 оказалось непригодным для новой стремительно развивающейся технологии спектрального мультиплексирования WDM из-за нулевой дисперсии на 1550 нм, приводившей к резкому возрастанию искажений сигнала от четырехволнового смешения в этих системах. Наиболее приспособленным для плотного и высокоплотного WDM (DWDM и HDWDM) оказалось оптическое волокно G.655, а для разреженного WDM – недавно стандартизованное оптическое волокно G.656.

 

Применение различных типов волокон

Тип волокна G.652.C/D G.655 G.655, G.656
Основное применение Системы SDH/DWDM
Магистральная, зоновая, городская сеть, кабельное телефодение, PON, сети FTTH
Замена волокна G.652.A/B с окном прозрачности на 1400 нм
Системы SDH/DWDM
От 2,5 до 10 Гбит/с на один оптический канал
Магистральная, зоновая, городская сеть
Системы SDH/DWDM
От 10 до 100 Гбит/с на один оптический канал
Магистральная, зоновая, городская сеть

Создание волокон без «водяного пика», позволило использовать в системах связи все волны в диапазоне от 1260 до 1625 нм, – т.е. там, где кварцевое оптическое волокно обладает наибольшей прозрачностью.

 

Основное оборудование

Системы спектрального уплотнения являются частью сети оператора связи и устанавливаются между двумя или более узлами связи. Для того, чтобы обеспечить работу системы на узле связи необходимо наличие активных сетевых устройств с достаточным суммарным количеством портов для установки SFP-трансиверов. Такими сетевыми устройствами обычно являются коммутаторы и маршрутизаторы. В случае недостаточного количества активных сетевых устройств с необходимым суммарным количеством SFP-портов возможно использование медиаконверторов со слотами под SFP-трансиверы. Такое решение в ряде случаев тоже является более экономически выгодным.

 

Основными элементами систем спектрального уплотнения являются:

  • Мультиплексоры/демультиплексоры (MUX/DEMUX) — позволяют суммировать и разделять оптические сигналы
  • OADM модули — мультиплексоры ввода/вывода — позволяют выделить и добавить в волокно сигнал по определенным несущим
  • SFP трансиверы — формируют и принимают оптические сигналы (длины волн) в системе, а также переводят сигнал из электрического (активное оборудование) в оптический и обратно

 

CWDM

 

Стоит обратить внимание на то, что мультиплексоры/демультиплексоры и SFP-трансиверы работают в парах. Соответственно это оборудование Type I и Type II. Такая необходимость обусловлена тем, что каждый канал на разных концах имеет зеркальные значения по приему (RX) и передаче (TX), т.к. сформирован из двух несущих (длин волн).

 

SFP трансиверыCWDM trans

SFP (Small Form Factor Pluggable) является общепризнанным индустриальным форматом производства сменных трансиверов. SFP широко используются в активном сетевом оборудовании: маршрутизаторах, коммутаторах, медиаконверторах. Лазеры с распределенной обратной связью (DFB, Distributed Feedback) не требуют термической стабилизации, громоздких и сложных схем управления, являются малогабаритными, экономичными и имеют малую стоимость. Типичный DFB-лазер имеет температурную стабильность, что даёт изменение генерируемой длины волны в пределах 6–8 нм в диапазоне температур 0–70°С.

 

SFP-трансиверы предназначены для формирования оптических сигналов «основной несущей» с 1270 по 1610нм (шаг 20 нм).

 

Каждый SFP-трансивер работает по двум волокнам и, в отличие от стандартных двухволоконных трансиверов 1000Base LX, оперирует двумя разными длинами волн – широкополосный приемник работает с одной длиной волны, передатчик с другой. Для образования канала данных в системе SFP-трансиверы комплектуются «попарно».

 

SFP color

 

В силу того, что системы грубого спектрального уплотнения являются пассивными, осуществление мониторинга состояния оборудования и всей трассы в целом в режиме реального времени представляется затруднительным.

 

Для мониторинга в режиме реального времени (on-line мониторинга) используются трансиверы с функцией DDM (Digital Diagnostic Monitoring). Функция DDM позволяет в режиме реального времени контролировать параметры, которые имеет SFP-трансивер: мощность входящего сигнала (RX), мощность исходящего сигнала (TX), температурные параметры работы трансивера. Изменения данных параметров позволяют судить об износе системы и состоянии трассы в целом. Функция DDM также используется при оценке оптического бюджета линии. Сравнение данных SFP-трансиверов позволяет определить реальные потери по несущим в волокне.

 

SFP-трансивер также отличаeтся по дальности своей работы (мощности сигнала). SFP-трансивер имеет стандартный километраж 10 км, 20 км, 40 км или 8 0км. Стандартный тип разъема для коннектора на SFP-трансивере – LC.

 

Оптические мультиплексорыMUX DWDM MD2F32R

Оптический мультиплексор/демультиплексор предназначен для суммирования и разделения оптических сигналов, передаваемых на длинах волн 1270-1610нм по одномодовому (Single Mode) оптическому кабелю. Прибор предназначен для совместной работы с трансиверами SFP сигналов, образуя 4 или 8 каналов на 8-и или 16-ти длинах волн в одном волокне или до 32 каналов на двух волокнах.

 

Устройства отличаются низким отражением сигнала, высокой изоляцией каналов и малыми потерями. WDM мультиплексоры являются устройствами двунаправленного действия, т.е. могут, как разделять, так и смешивать оптические сигналы. Устройства доступны в различных исполнениях, что позволяет использовать их в различных системах передачи.

 

В зависимости от поставленной задачи конфигурация мультиплексора/демультиплексора (Mux/Demux) определяется по следующим характеристикам:

  • Двухволоконный мультиплексор (2 fiber)
  • Одноволоконный мультиплексор (1 fiber (single fiber) или bidirectional)
  • 4-х или 8-ми канальный мультиплексор (8 или16 длин волн), работающий на одном волокне
  • 8-ми или 16-ти канальный, работающий на двух волокнах
  • Мультиплексор с двумя «общими» (COMMON) выводами для реализации «кольцевой» топологии
  • Для топологий «Точка-Точка» или «Кольцо» необходима «попарная» (порты Tx–Rx) комплектация мультиплексоров – Mux/Demux Type I , Mux/Demux Type II
  • Коннекторы – FC,SC,LC,ST,FA,SA

 

OADM модули

OADM DWDM 2F2RМодули Ввода/Вывода (Add/Drop (OADM) выделяют определенные длины волн из потока (оптической линии).

Основные свойства: Ввод/вывод одного канала

  • Пассивная оптика
  • Низкие вносимые потери для транзитных каналов
  • Выделенная длина волны конечному пользователю

 

Принципиально выделяются OADM-модули одноканальные и двухканальные. Их отличие заключается в способности принимать и получать оптический сигнал от одного или двух мультиплексоров и физически обусловлено наличием одного или двух приёмо-передающих блоков. Соответственно, одноканальный OADM модуль имеет один приёмо-передающий блок и способен работать только с одним мультиплексором (см. далее топология «Точка с ответвлениями») в «одну сторону». Двухканальный OADM-модуль имеет два приемо-передающих блока и способен работать «в две стороны» с двумя мультиплексорами / демультиплесорами (см. остальные варианты топологии).

 

CWDM OADM

 

Приемо-передающий блок одноканального OADM модуля имеет четыре интерфейса:

— Com порт получает сигнал со стороны мультиплексора
— Express порт пропускает сигнал на другие элементы системы
— Add порт добавляет в линию канал на определенной длине волны
— Drop порт извлекает из линии канал на определенной длине волны

 

Ограничений по протоколам или ширине полосы такие устройства не имеют. Соответственно двухканальный OADM модуль обладает двумя дополнительными портами Add и Drop. В случае использования двухволоконной системы также добавляются порты Com2 и Express2. Одноканальный OADM-модуль работает в паре с одним SFP-трансивером, двухканальный OADM – с двумя (Type I и Type II)

 

Достоинства

  • Экономия оптического волокна — система спектрального уплотнения позволяет передавать по одному волокну до 8 каналов с пропускной способностью до 2,5 Гбит/с на канал
  • Независимость от электропитания — питание необходимо только для активного оборудования
  • Отсутствие проблем «падения», перезагрузок и пр.
  • Отсутствие необходимости организации постоянного доступа к местам размещения элементов системы — существуют OADM модули в исполнении для размещения в оптических муфтах
  • Снижение уровня влияния «человеческого фактора» — отсутствие активных компонентов, требующих настройки, управления и пр.
  • Значительное снижение стоимости владения — снижение уровня эксплуатационных расходов
  • Относительно невысокая стоимость, возможность отказа от оборудования уровня агрегации
  • Максимальная дальность работы составляет 80 и более километров
  • Независимость от клиентских протоколов — передача до 18-ти независимых сервисов по двум парам оптических волокон; прозрачность для всех протоколов передачи данных
  • Наличие различных видов оборудования для монтажа в различных условиях: в стойку, в муфту, на стену