какие сетевые устройства выполняют функцию суммирования и разделения оптических сигналов

Технология dwdm принцип работы

Принцип работы DWDM

Технология DWDM реализует частотное мультиплексирование световых волн

Рисунок 1 иллюстрирует процесс DWDM. На вход DWDM каждый кадр STM синхронной цифровой иерархии SDH назначается для модуляции отдельному лазеру. Каждый лазер излучает сигнал на своей отличной от других длине волны λ (лямбда) в определенном диапазоне. В результате мультиплексирования выходные сигналы лазеров объединяются в одном оптическом волокне.

Рис. 1 Процесс мультиплексирования DWDM

В системах DWDM может быть задействовано до 160 каналов на одном оптическом волокне, что обеспечивает скорости передачи данных для одного волокна до нескольких терабит в секунду. На рис. 2 показаны компоненты участка системы DWDM.

Рис. 2 Участок системы DWDM

На каждом конце участка находится терминальный мультиплексор системы DWDM. Этот мультиплексор обеспечивает распределение кадров синхронной цифровой иерархии SDH (или синхронной оптической сети SONET) по определенным длинам световых волн (λ), используемым для транспортировки. В тракт между терминальными мультиплексорами могут включаться оптические мультиплексоры ввода/вывода OADM (Optical Add/Drop Multiplexer). OADM поддерживает функции ввода/вывода на различных длинах волн. Вдоль участка на расстоянии порядка 150 км расположены оптические усилители. Хотя оптический усилитель восстанавливает мощность сигнала, он не полностью компенсирует (например, из-за распространения волн разной длины с разной скоростью). Поэтому для построения более протяженных участков DWDM между определенным количеством участков с оптическими усилителями (до семи) устанавливаются мультиплексоры DWDM, выполняющие регенерацию сигнала путем её преобразования в электрическую форму и обратно. Технология DWDM в отличие от использования оптических волокон в SDH и Gigabit Ethernet (где световые сигналы всегда преобразуются в электрические перед мультиплексированием и коммутированием) между оптическими усилителями эти операции выполняются также над световыми сигналами.

Рост сетевого трафика вызывает постоянное увеличение спроса на пропускную способность технологии уплотненного волнового мультиплексирования DWDM (Dense Wave Division Multiplexing). DWDM работают на оптических магистралях на терабитных скоростях. По прогнозам к 2020 году скорость передачи по одному волокну в опорных сетях наиболее развитых стран приблизится к 20 Тбит/с.

Сегодня системы такого класса востребованы ОАО «Ростелеком» и другими крупными операторами. Оборудование по данным разработчиков обладает запасом по дальности передачи до 5-6 тысяч км. Показана передача по каналу 100 Гбит/с на 400км без промежуточных усилителей.

В настоящей разработке для десятикратного повышения канальной скорости (с 10 до 100 Гбит/с) и общей емкости системы (с 0,8 до 8 Тбит/с) использовался формат DP-QPSK. В этом формате каждая из двух ортогональных поляризаций (DP) используется для передачи независимых потоков информации. В каждом из этих двух потоков информация передается с использованием 4-уровневой фазовой модуляции (QPSK). В результате скорость увеличивается в 4 раза (передается 4 бита на символ). В работе [22] отмечается, что увеличение канальной емкости позволяет уменьшить число каналов, а это упрощает управление сетью.

FAQ по CWDM, DWDM и CCWDM

Общие принципы технологии DWDM

Технология уплотненного волнового мультиплексирования (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM) предназначена для создания оптических магистралей нового поколения, работающих на мультигигабитных и терабитных скоростях. Информация в оптическом волокне передается одновременно большим количеством световых волн лямбд — термин возник в связи с традиционным для физики обозначением длины волны λ.

Сети DWDM работают по принципу коммутации каналов, при этом каждая световая волна представляет собой отдельный спектральный канали несет собственную информацию.

Его основными функциями являются операции мультиплексирования и демультиплексирования, а именно — объединение различных волн в одном световом пучке и выделение информации каждого спектрального канала из общего сигнала. Наиболее развитые устройства DWDM могут также коммутировать волны.

Первым применением технологии DWDM были протяженные магистрали, предназначенные для связи двух сетей SDH. При такой простейшей двухточечной топологии способность устройств DWDM выполнять коммутацию волн является излишней, однако по мере развития технологии и усложнения топологии сетей DWDM эта функция становится востребованной.

Сегодня оборудование DWDM позволяет передавать по одному оптическому волокну 32 и более волн разной длины в окне прозрачности 1550 нм, при этом каждая волна может переносить информацию со скоростью до 10 Гбит/с (при применении протоколов технологий STM или 10 Gigabit Ethernet для передачи информации на каждой волне). В настоящее время ведутся работы по повышению скорости передачи информации на одной длине волны до 40-80 Гбит/с.

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.692 сектора ITU-T определены два частотных плана:

· частотный план с разнесением частот между соседними каналами 100 ГГц, в соответствии с которым для передачи данных применяется 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 в этом же диапазоне 81 длину волны.

Реализация частотных планов с шагом 50 ГГц и 25 ГГц предъявляет гораздо более жесткие требования к оборудованию DWDM, особенно в том случае, если каждая волна переносит сигналы со скоростью модуляции 10 Гбит/с и выше (STM-64, 10GE или STM-256). Теоретически зазоры между соседними волнами в 50 ГГц и даже 25 ГГц позволяют передавать данные со скоростями 10 Гбит/с, но при этом нужно обеспечить высокую точность частоты и минимально возможную ширину спектра несущей волны, а также снизить уровень шумов, чтобы минимизировать эффект перекрытия спектра.

STM-64 при интервале 100 ГГц STM-64 при интервале 50 ГГц

Перекрытие спектра соседних волн для разных частотных планов и скоростей передачи данных.

Описание технологии CWDM

В технологии CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) используется 18 длин волн из диапазона 1270-1610 нм с шагом 20 нм, что позволяет организовать 9 дуплексных каналов связи с любой скоростью передачи данных. Каждый из этих 9 каналов может быть организован по любому из существующих протоколов передачи данных, будь то Fibre Channel, STM или Ethernet. Более того, значения не имеет и природа сигнала: в одном волокне прекрасно «уживаются» аналоговый телевизионный сигнал и цифровые протоколы передачи данных.

При спектральном уплотнении CWDM сигналы на различных длинах волн вводятся в магистральное одно волокно с применением специального пассивного устройства – оптического мультиплексора. Для разделения сигналов на обратной стороне линии используется оптический демультиплексор – он разделяет сигналы и выводит различные длины волн на различные выходы.

Технология CWDM продлевает время «жизни» существующих волоконно-оптических сетей путем использования сетки частот, не используемых традиционными приемопередатчиками. Технология инвариантна к протоколам передачи информации, что позволяет организовать различные телекоммуникационные услуги в одной транспортной среде. Увеличение частотного расстояния между каналами приводит к заметному снижению стоимости активных и пассивных компонентов по сравнению с технологией DWDM – Dense Wavelength Division Multiplexing (плотное спектральное мультиплексирование с расстоянием между каналами 0,8 нм). Кроме того, грубое спектральное мультиплексирование обеспечивает гибкость системы передачи информации и возможность реализации различных топологий.

До недавнего времени (до появления 10G CWDM трансиверов) у технологии CWDM был один недостаток по сравнению с более дорогостоящей DWDM технологией — возможность организации 10Г канала связи. Но решение не заставило себя долго ждать — мы стали использовать и внедрять у наших заказчиков гибридные CWDM+DWDM системы.

Диапазоны DWDM и CWDM пересекаются, поэтому ничего не мешает использовать совпадающие по длинам волн DWDM трансиверы (в частности 10G) в CWDM системах.

Рис. 3 Использование 10G DWDM трансиверов для получения 10G канала по 1 волокну с помощью CWDM системы.

Технология CWDM получила большое распространение при построении и модернизации волоконно оптических сетей связи. Внедрение таких систем позволяет решать проблемы нехватки пропускной способности и повышения надежности сети при минимальных капитальных затратах на ее построение. В нашем магазине Вы можете купить CWDM оборудование SNR: CWDM мультиплексоры(mux/demux), CWDM OADM(add/drop модули), CWDM оптические трансиверы (CWDM SFP, GBIC, XFP, SFP+ и X2 модули). CWDM SFP и другие модули совместимы с оборудованием таких производителей, как Cisco, HP, Juniper, Huawei, Dlink.

Оборудование CWDM

CWDM системы являются частью сети оператора связи и устанавливаются между двумя или более узлами связи. Для того, что бы обеспечить работу CWDM системы на узле связи необходимо наличие активных сетевых устройств с достаточным суммарным количеством портов для установки CWDM 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 CWDM SFP трансиверы. Такое решение в ряде случаев так же является более экономически выгодным.

Основными элементами CWDM систем являются:

· CWDM мультиплексоры/демультиплексоры (MUX/DEMUX); позволяют суммировать и разделять оптические сигналы.

· SFP CWDM модули (SFP трансиверы), формируют и принимают оптические сигналы (длины волн) в CWDM системе; переводят сигнал из электрического (активное оборудование) в оптический и обратно.

CWDM SFP трансиверы

В силу того, что CWDM системы являются пассивными, осуществление мониторинга состояния CWDM оборудования и всей трассы в целом в режиме реального времени представляется затруднительным. Для мониторинга в режиме реального времени (on-line мониторинга) используются CWDM SFP 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 CWDM системы и состоянии трассы в целом. Функция DDM также используется при оценке оптического бюджета CWDM решения. Сравнение данных SFP трансиверов позволяет определить реальные потери по несущим в волокне. SFP трансивер так же отличаeтся по дальности своей работы (мощности сигнала). CWDM SFP трансивер имеет стандартный километраж 10 км, 20 км, 40 км или 80 км. Стандартный тип разъема для коннектора на SFP трансивере – LC.

Оптические мультиплексоры

Оптический мультиплексор/демультиплексор предназначен для суммирования и разделения оптических сигналов, передаваемых на CWDM длинах волн по одномодовому (Single Mode) оптическому кабелю. Прибор предназначен для совместной работы с трансиверами SFP CWDM 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.

Рис. 4 Оптический мультиплексор

Конфигурация CWDM мультиплексора/демультиплексора (Mux/Demux) определяется характеристиками:

· Двухволоконный мультиплексор (2 fiber).

· Одноволоконный мультиплексор (1 fiber (single fiber) или bidirectional).

· 4-х или 8-ми канальный мультиплексор (8 или 16 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.

OADM модули

Модули Ввода/Вывода (Add/Drop (OADM) CWDM выделяют определенные длины волн из CWDM потока (оптической линии).

· Ввод/вывод одного CWDM канала (две несущие, частотная сетка совпадает с частотной сеткой SFP CWDM модулей).

· Низкие вносимые потери для транзитных CWDM 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 приемо-передающих блоков. Соответственно одноканальный OADM модуль имеет один приемо-передающий блок и способен работать только с одним мультиплексором в «одну сторону». Двухканальный OADM модуль имеет два приемо-передающих блока и способен работать «в две стороны» с двумя мультиплексорами / демультиплесорами.

Рис. 5 Виды OADM

Приемо-передающий блок одноканального OADM модуля имеет четыре интерфейса:

· Com порт – получает сигнал со стороны мультиплексора

· Express порт – пропускает сигнал на другие элементы CWDM системы

· Add порт – добавляет в линию канал на определенной длине волны CWDM,

· Drop порт – извлекает из линии канал на определенной длине волны CWDM.

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 так же добавляются порты Com2 и Express2. Одноканальный OADM модуль работает в паре с 1 CWDM SFP трансивером, двухканальный OADM – с двумя (Type I и Type II).

Типы топологий CWDM

CWDM cистемы с подобной топологией используют в решении задач одновременной передачи большого числа потоков данных для увеличения количества предоставляемых сервисов (видео, голос и т.д.). При этом используются волокна уже существующей оптической транспортной сети. Информация передается по каналам между двумя точками. Для успешной передачи данных на расстояние до 50-80 км необходимы мультиплексоры/демультиплексоры в тех узлах, где будет происходить объединение информационных потоков и последующее их разъединение.

Рис. 6 Топология «точка-точка»

Соединение с ответвлениями

Такая архитектура реализует передачу информации от одного узла к другому с промежуточными узлами на этом пути, где возможен ввод и отвод отдельных каналов с применением модулей OADM. Максимальное количество ответвлений определяется количеством дуплексных каналов передачи (например, 4 или 8) и оптическим бюджетом линии. При расчетах нужно помнить о том, что каждый OADM модуль вносит затухание, в результате чего общая протяженность тракта соответственно снижается. Оптический канал можно извлечь любой точке тракта.

Возможны два варианта реализации архитектуры «Соединение с ответвлениями»:

· Расширенный вариант архитектуры «Точка-Точка». В данном случае между двумя мультиплексорами/демультиплексорами Type I и Type II соответственно устанавливаются OADM модули (двухканальные). При заказе такого решения так же необходимо помнить, что в каждый двухканальный OADM модуль необходимо укомплектовывать двумя SFP трансиверами Type I и Type II.

· Архитектура «Точка с ответвлениями». Принципиальное отличие от первого варианта – отсутствие второго мультиплексора/демультиплексора. Таким образом, обмен сигналами происходит между центральным узлом связи и конечным оборудованием на разных участках линии. Такая архитектура представляется перспективной с экономической точки зрения, т.к. фактически позволяет исключить из сети коммутатор уровня агрегации при значительной экономии в волокне. При этом расстояние от OADM модуля (одноканального) до места размещения конечного оборудования (коммутатор, муршрутизатор, медиаконвертор) ограничено лишь мощностью сигнала в линии и вносимыми потерями от оборудования CWDM. При выборе оборудования следует обратить внимание, что каждый OADM модуль (одноканальный) комплектуется одним SFP трансивером.

Источник

CWDM оборудование

CWDM – технология грубого спектрального мультиплексирования (уплотнения) (сокращенно от англ. Coarse Wavelength Division Multiplexing), позволяет одновременно передавать до 18 длин волн, при помощи которых можно организовать 9 дуплексных каналов передачи данных в рамках одного оптического волокна.

Принцип технологии CWDM заключается в том, что несколько каналов данных передаются по одному ОВ (оптическому волокну) на разных длинах волн, не взаимодействуя с другими оптическими сигналами в данном ОВ.

Длины волн, используемые для передачи в CWDM, лежат в диапазоне 1270-1610 нм, который охватывает несколько спектральных диапазонов используемых в телекоммуникациях:

Вне зависимости от передаваемого трафика, любая система уплотнения, построенная по технологии грубого спектрального мультиплексирования, является пассивной, то есть состоит из приемо-передатчиков и пассивных компонентов.

Компоненты CWDM

Системы уплотнения CWDM строятся на основе трех компонентов:

Оптические трансиверы CWDM – двухволоконные приемо-передатчики для организации передачи информации в системе спектрального уплотнения CWDM. Все CWDM модули вне зависимости от их форм-фактора имеют выделенные порты: «Тх» – для передачи и «Rx» – для приема.

Современная линейка CWDM трансиверов включает в себя модели поддерживающие передачу данных со скоростью от 155 Мбит/с до 25 Гбит/с:

Оптические мультиплексоры и демультиплексоры CWDM – это пассивные волоконно-оптическое устройства, предназначенные для мультиплексирования (суммирования) и демультиплексирования (разделения) оптических сигналов, разделенных по длине волны (частоте). В системах спектрального уплотнения CWDM применяются мультиплексоры построенные на основе тонкопленочных фильтров – TFF (от англ. Thin Film Filter), которые последовательно соединены друг с другом. Подробнее о оптических фильтрах TFF можно ознакомиться по ссылке.

По типу CWDM мультиплексоры можно разделить на одноволоконные и двухволоконные устройства.

Виды CWDM мультиплексоров

Одноволоконные мультиплексоры CWDM – позволяют передавать до 9 дуплексных каналов связи по одному волокну. Одноволоконный мультиплексор — это комбинированное устройство, которое одновременно мультиплексируют подаваемый канальный сигнал на разных длинах волн и мультиплексирует принимаемый групповой сигнал.

Двухволоконные мультиплексоры CWDM – являются исторически первыми мультиплексирующими устройствами установленными на сетях. При помощи этого типа мультиплексиров можно передать по двум волокнам до 18 каналов связи. Функционально двухволоконный мультиплексор представляет собой два взаимно не связанных друг с другом одноволоконных мультиплексора, один из них только мультиплексирует подаваемые канальные сигналы, а другой только демультиплексирует принимаемый групповой сигнал.

Оптические мультиплексоры ввода/вывода CWDM сокращенно OADM (от англ. Optical Add Drop Multiplexer) – являются пассивными оптическими устройствами, которые применяются для организации промежуточных узлов связи в рамках магистральной трассы организованной по технологии CWDM.

Принципиально CWDM OADM ничем не отличаются от обычных мультиплексоров/демультиплексоров, они так же могут быть рассчитаны для работы на одноволоконных или двухволоконных линиях. Основным их отличием является лишь метод подключения к оптической линии – у обычных мультиплексоров в линию подключаются только порт/порты «COM», в то время как у OADM к линии подключаются порты «COM» и «EXP» (другое название «UPG»). То есть у мультиплексоров ввода/вывода есть как минимум два линейных порта (в случае одноволоконной модификации), а у мультиплексоров линейный порт лишь один.

По принципу действия можно разделить мультиплексоры OADM CWDM на, однонаправленные и двунаправленные.

Однонаправленные мультиплексоры ввода/вывода CWDM выделяют и вносят в линейный сигнал N длин волн (зачастую N ≤ 2). «Однонаправленным» этот тип OADM называется потому, что ввод/вывод длин волн происходит в одном направлении распространения группового сигнала. Используются для организации связи между «головным» узлом связи и «промежуточным».

Двунаправленные мультиплексоры ввода/вывода CWDM выделяют и вносят в линейный сигнал N длин волн (зачастую N ≤ 2) в обе стороны распространения сигнала. Используются в полно связных схемах с количеством узлов связи больше трех.

Виды CWDM систем

Не смотря на то, что технология CWDM пассивная и не позволяет усиливать передаваемые сигналы, она обладает высокой гибкостью и позволяет организовывать топологии различной сложности в рамках оптических бюджетов приемо-передатчиков.

Схема «Точка-Точка» — самая простая топология сети, которую можно реализовать на оборудовании CWDM. Сеть в данном случае состоит из двух узлов связи, соединенных между собой одним или несколькими (зачастую двумя) оптическими волокнами. Данная топология предполагает организацию передачи данных между двумя узлами связи.

В зависимости от количества волокон между узлами связи можно организовать передачу:

В качестве оборудования уплотнения в данной схеме используются:

Схема «Точка-точка с OADM» — топология сети, состоящая из нескольких узлов связи последовательно соединенных между собой одним или несколькими оптическими волокнами. В данной схеме крайние узлы являются «головными», а средний – «промежуточным» узлами. Передача каналов в такой системе осуществляется в нескольких направлениях:

В качестве оборудования уплотнения в данной схеме используются:

На тип OADM не влияет количество задействованных в системе передачи волокон. Мультиплексоры ввода/вывода CWDM могут быть как одноволоконными так и двухволоконными.

Схема «Точка-многоточие» — топология сети, состоящая из нескольких узлов связи последовательно соединенных между собой одним или несколькими оптическими волокнами. В данной схеме первый узел зачастую является «головным», а все последующие – «промежуточными» узлами. Передача каналов в такой системе осуществляется в нескольких направлениях:

В зависимости от количества волокон между узлами связи в данной системе уплотнения можно организовать передачу:

В качестве оборудования уплотнения в данной схеме используются:

Схема «Звезда» или «Дерево» — не характерная топология для систем спектрального уплотнения (данная топология широко распространена в сетях PON), головной узел соединен с оконечными узлами невзаимосвязанными оптическими волокнами. Зачастую такие топологии реализуются на одном волокне, но могут встречаться случаи, когда при построении сети по топологии «Звезда» для каждого «луча» используется несколько оптических волокон.

Количество конечных узлов в такой схеме не ограничено, емкость одного «луча» составляет 1 – 9 каналов.

В качестве оборудования уплотнения в данной схеме используются:

Передача CWDM совместно с сигналом – КТВ

Кроме вышеперечисленных схем, при помощи оборудования CWDM можно организовать кольцевую схему подключения (топология «Кольцо») или схему подключения каждый с каждым (топология «Mesh»), это весьма специфичные и редко используемые топологии подключения. Так же существуют решения позволяющие организовывать передачу каналов поверх других систем передачи: передача CWDM поверх WDM и передача CWDM поверх PON.

Сферы применения CWDM

Основными характеристиками систем уплотнения на базе технологии CWDM являются широкий рабочий диапазон и дальность передачи ограниченная 80 – 160 км в зависимости от используемых CWDM трансиверов. Стоит заметить, что в зависимости от скорости передачи информации максимальная дальность передачи различается, так для:

В связи с такими ограничениями по протяженности трас в зависимости от передаваемого трафика, CWDM системы наиболее востребованы в следующих сферах:

Источник