What is DWDM? DWDM refers to Dense Wavelength Division Multiplexing. The technology supports multiplexed transmission of multiple optical wavelengths in a single fiber strand.
Основы технологии dwdm
| 1.6 Преимущества и недостатки технологии DWDM | Основные аспекты передачи оптического сигнала- Серая и Цветная оптика- Receive Power- Дисперсия- Множественные длины волн- Усилит. |
| Презентация "Технологии уплотненного волнового мультиплексирования (DWDM)" | What is DWDM? DWDM refers to Dense Wavelength Division Multiplexing. The technology supports multiplexed transmission of multiple optical wavelengths in a single fiber strand. |
| DWDM - Dense Wavelength Division Multiplexing | Сперва нам нужно разобраться в основах WDM, CWDM и DWDM технологий: Что такое WDM? WDM — Wavelength Division Multiplexing (спектральное уплотнение каналов) — если кратко, то это технология мультиплексирования с разделением по длине волны. |
DWDM — технология уплотнения оптических каналов. Обзор технологии DWDM
Оптические каналы располагаются в диапазоне от 1530 до 1565 нм с шагом. Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) К слову сказать, DWDM не часто встретишь у корпоративных клиентов, разве что у. это разнос каналов (CWDM имеет почти в 100 раз больше разноса. Что такое WDM (Wavelength Division Multiplexing)? Технология для добавления двух или более оптических сигналов с разными длинами волн, передающихся одновременно по одному волокну и разделяемых на дальнем конце по длинам волн. Основное требование к компонентам систем DWDM Все оптические характеристики пассивных и активных компонентов сети – вносимые потери, потери на отражение, дисперсия, поляризационные эффекты и т.д. должны измеряться как функция длины волны во всем. Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM). К слову сказать, DWDM не часто встретишь у корпоративных клиентов, разве что у очень крупных. В основном DWDM встречается на операторских сетях.
Принцип работы систем со спектральным уплотнением
"Плотные" WDM (Dense WDM, DWDM) – это системы спектрального уплотнения с шагом длин волн от 0,2 нм, позволяющие мультиплексировать до 112 потоков данных. Для полного понимания технологии DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) необходимо рассмотреть основные компоненты системы, обеспечивающие эффективную передачу данных. А еще через пять лет в исследовательском центре компании AT&T была реализована технология плотного спектрального уплотнения (Dense Wavelength Division Multiplexing, DWDM), когда удалось в одном оптическом волокне создать 10 каналов по 2 Gbps. Плотное спектральное уплотнение DWDM (Dense Wavelength-Division Multiplexing) — это современная технология передачи большого числа оптических каналов по одному волокну, которая лежит в основе нового поколения сетевых технологий.
DWDM — технология уплотнения оптических каналов. Обзор технологии DWDM
Технология WDM является универсальным решением проблемы увеличения пропускной способности. Между тем ее применение тормозится рядом факторов как экономического, так и чисто технического характера. Если говорить об экономической стороне, то внедрение DWDM в местных сетях сдерживается высокой стоимостью соответствующей аппаратуры, особенно передающих устройств, и сложностью коммутации трафика. Вместе с тем исследования показывают, что решения на базе DWDM могут оказаться экономически эффективными и в сетях меньшего масштаба.
Это означает, среди прочего, что канал данных может изменять длины волн по мере прохождения по сети из-за маршрутизации или переключения длины волны из-за неисправности. Ситуация аналогична ситуации с виртуальным каналом через облако ATM, которое может испытывать изменения в значениях идентификатора виртуального пути ИВП англ.
В оптических сетях это понятие иногда называют световым путем. Поэтому ячеистым сетям потребуется высокий уровень интеллекта для выполнения функций защиты и управления полосой пропускания, включая оптоволокно и переключение длин волн. Однако преимущества в гибкости и эффективности потенциально велики. Защита и восстановление могут быть основаны на общих путях, что требует меньшего количества пар волокон для того же объема трафика и не тратит впустую неиспользуемые длины волн. Наконец, ячеистые сети будут сильно зависеть от программного обеспечения для управления.
Протокол, основанный на многопротокольной коммутации по меткам MPLS , находится в стадии разработки для поддержки маршрутов через полностью оптическую сеть. Кроме того, для управления сетью потребуется еще не стандартизированный канал для передачи сообщений между элементами сети. Причины ошибок в системе DWDM при приеме оптического сигнала Прежде чем рассматривать методы повышения производительности DWDM-системы и модернизации оптических транспортных сетей в целом, рассмотрим несколько причин возникновения ошибок в приеме. Шум приемника или импульсы, снижает затухание и препятствует их восприятию. Шумы ASE усиленное спонтанное излучение накапливаются, когда групповой сигнал проходит через оптические усилители.
Как правило, в линиях без усиления основными причинами ошибок являются дисперсия, шумы и перегрузка на приемнике. Внедрение оптических усилителей меняет характер проблемы с фундаментальной на инженерную: перед отправкой сигнала на приемник усилен до оптимального уровня вдали от границ чувствительности и перезарядки. Для компенсации разброса линия оснащена специальными устройствами - компенсаторами, восстанавливающими длительность импульса до подачи сигнала на вход приемной части транспондера. Платой за преодоление первых двух причин ошибок является появление шума ASE и нелинейных искажений. Последнее является результатом различного состояния линии при наличии усиления.
Теперь в секции регенерации имеется несколько иногда - несколько десятков секций усилителя, и в начале каждой из них, где интенсивность оптического сигнала достаточно велика, сигнал страдает от нелинейных эффектов. По экономическим причинам стремление более эффективно использовать спектр усилителя и минимизировать количество усилителей в линии приводит к появлению в спектре плотно расположенных мощных каналов. Это приводит к развитию внутриканальных и межканальных нелинейных эффектов. Транспондеры и агрегирующие транспондеры, предназначенные для работы в сетях, не содержащих оптических усилителей обычно CWDM , оптимизированы по чувствительности и устойчивости к дисперсии. Это не имеет отношения к решениям DWDM - для этого требуется каналообразующее оборудование, совместимое с шумом ASE и нелинейными искажениями сигнала.
Допустимые граничные параметры входного оптического сигнала - это значения, дающие требуемый коэффициент погрешности при оптимальных остальных параметрах. Количество ошибок в потоке битов характеризуется значением BER коэффициент битовых ошибок , равным отношению битов ошибок к общему количеству переданных битов. Заказчик системы связи определяет максимально допустимое значение BER, которое обычно находится в диапазоне 10-10... Для оборудования CWDM запасы чувствительности и дисперсии приемника определяются аналогично: чувствительность - это минимально допустимое значение мощности на стороне приемника, при котором принимается неискаженный оптический сигнал с заданным значением погрешности. Способы повышения производительности DWDM-систем Мы определяем понятие «характеристики системы связи» как произведение пропускной способности системы связи C full и расстояния передачи L.
Под диапазоном расстояний системы обратного рейса подразумевается общая дальность передачи по многопрофильной линии с 14 промежуточными усилителями без регенерации сигнала. Очевидно, что производительность системы DWDM можно расширить двумя способами: увеличить пропускную способность системы связи и добиться увеличения дальности передачи. Увеличение скорости передачи данных в системе Общая пропускная способность системы с подобными каналами определяется произведением количества каналов и пропускной способности канала. Последний определяется двумя факторами: символьной скоростью и символьной эффективностью. Другими словами, параметр ES определяет количество информации биты данных , передаваемое одним символом.
Он выражается как логарифм по основанию 2 мощности алгоритма количество значений, которые может принимать символ.
Таким образом, стало возможным упростить и удешевить создание систем плотного спектрального уплотнения. CWDM позволяет уплотнять до 16 оптических каналов с межканальным интервалом 20 нм, расположенных в пределах диапазона 1270 — 1610 нм. Используется последовательное соединение фильтров, настроенных на индивидуальные длины волн.
Величина вносимого затухания индивидуальна для каждого канала и варьируется в пределах 0,4 — 6 дБ. Оптимальное сочетание возможности спектрального уплотнения большого числа каналов и невысокой стоимости оборудования определяет востребованность систем CWDM на рынке. Соответственно, в системах используются два частотных плана с разнесением каналов на 50 ГГц и 1000 ГГц. В DWDM задействуется окно прозрачности 1550 нм.
Частотная сетка с более плотным интервалом 50 ГГц эффективнее использует диапазон 1540 — 1560 нм, в котором функционируют усилители EDFA. Минусами данного варианта являются: возрастание влияния четырехволнового смешивания; ограничение возможности мультиплексирования каналов STM-64 из-за перекрытия спектров соседних каналов; ужесточение требований к компонентам системы, ведущим к их удорожанию. Мультиплексоры DWDM производятся АО «Компонент» по технологии AWG, использующей вместо канальных фильтров решетку из массива волноводов с отдельными дорожками, соответствующими длинам волн.
Суть технологии DWDM заключается в том, что по одному оптическому волокну передаются несколько информационных каналов на различных длинах волн, что позволяет максимально эффективно использовать возможности волокна. Это позволяет максимально увеличить пропускную способность ВОЛС, не прокладывая новые кабели и не устанавливая новое оборудование. Кроме того, работать с несколькими каналами в волокне намного удобнее, чем работать с разными волокнами, так как для обработки любого числа каналов требуется один мультиплексор DWDM. Системы DWDM основаны на способности оптического волокна одновременно передавать свет различных длин волн без взаимной интерференции. Каждая длина волны представляет отдельный оптический канал. Поясним для начала понятие интерференции.
Интерференция света — перераспределение интенсивности света в результате наложения суперпозиции нескольких когерентных световых волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности. В определении интерференции есть важное понятие когерентности. Световые волны когерентны, когда разность их фаз постоянна. Если волны будут накладываться в противофазе — амплитуда итоговой волны равна нулю. В противном случае, если волны накладываются в одной фазе — то амплитуда результирующей волны будет больше. На этом этапе важно понять, что если две волны имеют разные частоты они уже не будут когерентны. Соответственно влияния друг на друг оказывать не должны. Исходя из этого, становится понятно, что мы можем передавать одновременно по одной среде модулированные сигналы с разными длинами волн частотами и они не будут оказывать друг на друга никакого влияния.
Именно эта идея лежит в основе технологии DWDM. На сегодняшний день технология DWDM позволяет передавать по одному волокну каналы с разницей длин волн между соседними каналами всего в доли нанометра. Казалось бы, что если волны разных частот не накладываются друг на друга, то в оптическое волокно можно ввести практически бесконечное число каналов, ведь спектр света огромен. В теории это так, но на практике есть определенные проблемы. Во-первых ранее мы рассматривали строго монохроматическую волну одной частоты. Добиться такой монохроматичности весьма тяжело, так как световые волны генерируются лазерами — электронными компонентами, которые подвержены такому явлению как тепловой шум. При генерации световой волны лазер будет неосознанно искажать выходной сигнал, что приведет к небольшим вариациям частоты. Во-вторых монохроматическая волна имеет ширину спектра, равную нулю. На графике ее можно представить как одну единственную гармонику.
В реальности же спектр светового сигнала отличен от нуля. Об этих проблемах стоит помнить, когда мы говорим про системы DWDM. Суть технологии спектрального оптического уплотнения заключается в возможности организации множества раздельных клиентских сигналов SDH, Ethernet по одному оптическому волокну. Для каждого отдельного клиентского сигнала необходимо изменить длину волны. Данное преобразование выполняется на DWDM-транспондере. Выходной сигнал с транспондера будет соответствовать конкретному оптическому каналу со своей длиной волны. Затем при помощи мультиплексора сигналы смешиваются и передаются в оптическую линию. В конечном пункте происходит обратная операция — при помощи демультиплексора сигналы выделяются из группового сигнала, меняют длину волны на стандартную на транспондере , и передаются клиенту. Из-за оптический сигнал имеет свойство затухать.
Для того, чтобы его усилить на оптической линии используются усилители. Мы рассмотрели работу системы DWDM в общем виде. Далее будет более подробное изложение компонентов DWDM системы. Изначально транспондер предназначался для преобразования клиентского сигнала оптического, электрического в оптический сигнал с длиной волны в диапазоне 1550 нм характерной для DWDM-систем. Однако со временем в транспондерах появилась функция регенерации сигнала. Регенерация сигнала быстро прошла три стадии развития — 1R, 2R, 3R. Восстанавливается только амплитуда. В этих транспондерах использовался триггер Шмидта для очистки сигнала. Не получили большой популярности.
Полностью цифровое устройство.
Концепция WDM/DWDM.
Нa сегодня рекомендацией G. Еще раз подчеркнем, что сама технология DWDM как и WDM не занимается непосредственно кодированием передаваемой на каждой волне информации — это проблема более высокоуровневой технологии, которая пользуется предоставленной ей волной по своему усмотрению и может передавать на этой волне как дискретную, так и аналоговую информацию. Эти оптические устройства непосредственно усиливают световые сигналы в диапазоне 1550 нм, исключая необходимость промежуточного преобразования их в электрическую форму, как это делают регенераторы, применяемые в сетях SDH. Системы электрической регенерации сигналов весьма дороги и, кроме того, зависят от протокола, так как они должны воспринимать определенный вид кодирования сигнала. Оптические усилители, «прозрачно» передающие информацию, позволяют наращивать скорость магистрали без необходимости модернизировать усилительные блоки. Протяженность участка между оптическими усилителями может достигать 150 км и более, что обеспечивает экономичность создаваемых магистралей DWDM, в которых длина мультиплексной секции составляет на сегодня 600-3000 км при применении от 1 до 7 промежуточных оптических усилителей.
У технологии DWDM имеется предшественница — технология волнового мультиплексирования Wave Division Multiplexing, WDM , которая использует четыре спектральных канала в окнах прозрачности 1310 нм и 1550 нм с разносом несущих в 800-400 ГГц. Мультиплексирование DWDM называется «уплотненным» из-за того, что в нем используется существенно меньшее расстояние между длинами волн, чем в WDM. Нa сегодня рекомендацией G. Еще раз подчеркнем, что сама технология DWDM как и WDM не занимается непосредственно кодированием передаваемой на каждой волне информации — это проблема более высокоуровневой технологии, которая пользуется предоставленной ей волной по своему усмотрению и может передавать на этой волне как дискретную, так и аналоговую информацию. Эти оптические устройства непосредственно усиливают световые сигналы в диапазоне 1550 нм, исключая необходимость промежуточного преобразования их в электрическую форму, как это делают регенераторы, применяемые в сетях SDH. Системы электрической регенерации сигналов весьма дороги и, кроме того, зависят от протокола, так как они должны воспринимать определенный вид кодирования сигнала.
На самом деле, если мы будем все друг другу помогать, тогда, конечно, всем в сумме станет лучше жить, и я на это очень сильно надеюсь». В лаборатории компании «Т8» работают над новым телекоммуникационным оборудованием Фотография: Дмитрий Лыков Владимир Трещиков любит рассказывать историю о том, как основатель Huawei Жэнь Чжэнфэй пришел к председателю компартии Китая с предложением создать свою компанию и сказал: «Страна без собственного достойного оборудования — все равно что государство без вооруженных сил» — и ему дали колоссальную господдержку. Хотя оборудование у Huawei было хуже, чем у Cisco, китайцы фактически запретили у себя американскую Cisco и оставили в Китае только Huawei. А американцы поступили зеркально, запретили у себя Huawei. До недавнего времени у нас было с точностью до наоборот. Как объясняет Трещиков, «в первую очередь в стране надо самим разрабатывать и делать именно оборудование. Потому что риски для безопасности в импортной элементной базе на порядок меньше, чем риски в оборудовании. Лазер вас не предаст, а готовая система может быть выключена через систему управления, софт и так далее». Результаты последнего тендера «Ростелекома» и конкурса Минпромторга дают надежду, что российское оборудование теперь востребовано в России. Рекорды в пространстве: специфика российского рынка «Нам приходится решать ряд специфических задач, именно для России специфических, — поясняет Михаил Слепцов. Подавляющее большинство наземных линий в мире не требуют таких рекордных характеристик, за которые бьются в компании «Т8». Просто потому, что расстояния, на которые их приходится прокладывать, в Штатах и в Европе существенно меньше, чем у нас. Основное требования к сверхдлинным однопролетным DWDM-системам связи в нашей стране — отсутствие промежуточных пунктов обслуживания. Схема DWDM-линии с удаленной накачкой Для передачи на большие расстояния приходится использовать оптические усилители. Обычно в волоконном усилителе усиление сигнала происходит за счет взаимодействия входного излучения на промежуточном пункте с возбужденным активным веществом. Для накачки активного волокна обычно используют мощные полупроводниковые лазеры, излучение которых через ответвители вводится в активное волокно. То есть это должно быть активное устройство с электропитанием, потому что лазер накачки работает от электричества. Это далеко не всегда возможно, ведь в этом случае параллельно с оптическим волокном придется тянуть электрический кабель. Для этих случаев в компании «Т8» были использованы усилители с удаленной накачкой, которые в других странах применяются значительно реже. В этом случае излучение накачки запускают по параллельному оптическому волокну, а ответвитель устанавливается в стандартную оптическую муфту в том месте, где необходимо усилить сигнал. При этом электропитание в точке накачки не требуется. Другая типичная ситуация для России — когда в рамках одной системы приходится совмещать каналы разной емкости и скорости передачи. А в мире это никто не делает. Там меняют линии целиком. В России так невозможно: из-за больших расстояний стоимость прокладки кабеля очень высокая. В компании разработали системы, позволяющие оптимальным образом сочетать такие каналы. У успеха компании «Т8» несколько составляющих. Переход к стогигабитным системам повысил барьер входа на рынок — наукоемкость разработки растет вместе с рынком и требует от компаний все более серьезных НИОКР. Есть и российская специфика: большие расстояния, на которые приходится тянуть ВОЛС, предъявляют повышенные требования к характеристикам оборудования. Этими факторами и воспользовалась «Т8». Мощная научная база компании позволила ей стать лидером по скорости разработки и технологическому уровню продукции.
Но системы со спектральным уплотнением наиболее эффективны в третьем спектральном окне 1,55 мкм , так как в этом случае один ОУ усиливает все информационные каналы, расположенные в окне. Реализация уникальных возможностей таких систем плотного спектрального уплотнения — DWDM и высокоплотного спектрального уплотнения — HDWDM , в свою очередь, потребовала решения еще одного ряда фундаментальных задач. Во-первых, это проблема четырехволнового смешения. Наиболее эффективный путь построения ВОЛC со спектральным уплотнением — увеличение числа каналов. При увеличении дальности передачи приходится усиливать оптические сигналы в каждом канале, и при большой суммарной мощности в волокне начинают проявляться нелинейные эффекты. Для DWDM-систем наиболее существенным является эффект четырехволнового смешения, когда в спектре сигнала появляются нежелательные составляющие, перекрестные помехи. При спектральном способе дешифрации оптических сигналов это может привести к значительным ошибкам в передаче информации. Четырехволновое смешение наиболее сильно сказывается в случае равенства скоростей распространения оптических сигналов в каналах. По этой причине оптические волокна со смещенной нулевой дисперсией G. Этот цикл работ потребовал значительного продвижения в физике и технологии лазеров и интегрально-оптических схем. Решение этой проблемы потребовало проведения фундаментальных исследований и значительного продвижения в области технологии изготовления волоконных световодов и оптических кабелей, монтажа линии и контроля параметров тракта.
Технология dwdm (плотные wdm)
Компания Cisco Systems предлагает решение операторского класса для построения нового поколения DWDM сетей на базе платформы Cisco ONS 15454 MSTP. Толчок к бурному развитию DWDM сетей дало появление недорогих и эффективных волоконных эрбиевых усилителей (EDFA), работающих в промежутке от 1525 до 1565 нм (третье окно прозрачности кварцевого волокна). это технология оптической связи, которая позволяет передавать по волоконно-оптическим линиям связи большой объем данных за счет спектрального мультиплексирования.