Технологія DWDM

РЕФЕРАТ

З дисципліни: «Комп’ютерні мережі»

Тема: «Технологія DWDM» 
 
 
 
 

Виконав: 
 

Перевірив:  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2011

ЗМІСТ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ВСТУП

     Будь-які  мережі зв'язку підтримують деякий спосіб комутації своїх абонентів між собою. Цими абонентами можуть бути віддалені комп'ютери, локальні мережі, факс-апарати або просто співрозмовники, що спілкуються за допомогою телефонних апаратів.

       Комутація каналів на увазі  освіту безперервного складеного  фізичного каналу з послідовно з'єднаних окремих канальних ділянок для прямої передачі даних між вузлами. Комутатори, а також з'єднують їх канали повинні забезпечувати одночасну передачу даних декількох абонентських каналів. Для цього вони повинні бути високошвидкісними і підтримувати будь-яку техніку мультиплексування абонентських каналів.

     В даний час для мультиплексування  абонентських каналів використовуються дв техніки:

1. техніка частотного мультиплексування (Frequency Division Multiplexing, FDM);
2. техніка мультиплексування з поділом часу (Time Division Multiplexing, TDM).

       Залежно від напрямку можливої передачі даних способи передачі даних по лінії зв'язку поділяються на такі типи:

• симплексний - передача здійснюється по лінії зв'язку тільки в одному напрямку;
• напівдуплексний - передача ведеться в обох напрямках, але поперемінно в часі. Прикладом такої передачі служить технологія Ethernet;
• дуплексний - передача ведеться одночасно в двох напрямках.

       У волоконно-оптичних кабелях  при використанні одного оптичного  волокна для організації дуплексного режиму роботи застосовується передача даних в одному напрямку за допомогою світлового пучка однієї довжини хвилі, а в зворотному - іншої довжини хвилі. Така техніка відноситься до методу FDM, однак для оптичних кабелів вона отримала назву поділу по довжині хвилі (Wave Division Multiplexing, WDM). WDM застосовується і для підвищення швидкості передачі даних в одному напрямку, як правило, використовуючи від 2 до 16 каналів.

     Основи  цієї технології були закладені в 1958, ще до появи самої волоконної оптики. Однак пройшло близько 20 років, перш ніж були створені перші компоненти мультиплексний систем. Спочатку вони створювалися для лабораторних досліджень, і лише в 1980 році технологія спектрального ущільнення (Wavelength Division Multiplexing, WDM) була запропонована для телекомунікацій. А ще через п'ять років у дослідницькому центрі компанії AT & T була реалізована технологія щільного спектрального ущільнення (Dense Wavelength Division Multiplexing, DWDM), коли вдалося в одному оптичному волокні створити 10 каналів по 2 Gbps. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Види WDM систем

     Історично першими виникли двохволоконні WDM системи, що працюють на центральних  довжинах хвиль з другого і  третього вікон прозорості кварцового волокна (1310 і 1550 нм). Головною перевагою таких систем є те, що з-за великого спектрального рознесення повністю відсутній вплив каналів один на одного. Цей спосіб дозволяє або подвоїти швидкість передачі поодинці оптичного волокна, або організувати дуплексний зв'язок.

       Сучасні WDM системи на основі стандартного частотного плану (ITU-T Rec. G.692) можна підрозділити на три групи:

     • грубі WDM (Coarse WDM - CWDM) - системи з частотним  розділенням каналів не меншого 200 ГГц, що дозволяють мультіплексувати не більше 18 каналів. (CWDM, які використовуються в даний час, працюють в смузі від 1270нм до 1610нм, проміжок між каналами 20Нм (200Ghz), можна мультиплексувати 16 спектральних каналів.)

     • щільні WDM (Dense WDM - DWDM) - системи з рознесенням  каналів не меншого 100 ГГц, що дозволяють мультиплексувати не більше 40 каналів.

       • високощільні WDM (High Dense WDM - HDWDM) - системи  з рознесенням каналів 50 Ггц і менш, що дозволяють мультиплексувати не менше 64 каналів.

       Частотний план для CWDM систем  визначається стандартом ITU G.694.2. Область застосування технології CWDM - міські мережі з відстанню до 50 км. Перевагою цього виду WDM систем є низька (у порівнянні з іншими типами) вартість устаткування внаслідок менших вимог до компонентів.

       Частотний план для DWDM систем  визначається стандартом ITU G.694.1. Область застосування - магістральні мережі. Цей вид WDM систем пред'являє високі вимоги до компонентів, чим CWDM (ширина спектру джерела випромінювання, температурна стабілізація джерела і т. д.). Поштовх до бурхливого розвитку DWDM мереж дала поява недорогих і ефективних волоконних ербієвих підсилювачів (EDFA), що працюють в проміжку від 1525 до 1565 нм (третє вікно прозорості кварцового волокна). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2. ТЕХНОЛОГІЯ DWDM

     1.1.Технічні аспекти DWDM

     Транспортна технологія DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) забезпечує при передачі по одній оптичній парі найбільшу (серед інших використовуваних технологій передачі) швидкість. Висока швидкість забезпечується за рахунок застосування технології мультиплексування по довжині хвилі, коли по одній оптичній парі передається кілька незалежних потоків, кожен з яких у своєму оптичному діапазоні. Пропоноване зараз обладнання дозволяє використовувати від 16 до 128 оптичних каналів, в кожному з яких прозоро передається інформаційний потік зі швидкістю від 100 Мбіт / с до 10 Гбіт / с.

       Побудова магістралі DWDM передбачає  встановлення мультиплексорів DWDM, що мають інтерфейси для підключення  високошвидкісних абонентських  інтерфейсів. Відстань між мультиплексорами  може складати близько 100 км без застосування регенераційного устаткування, застосування регенераторів збільшує дальність передачі до 500-600 км і вище.

       Для побудови гнучких мереж  DWDM використовуються оптичні Add-Drop мультиплексори (OADM), що забезпечують  безпосереднє введення / висновок каналів в магістраль DWDM на оптичному рівні (без перетворень оптичного сигналу в електричний) і дозволяють будувати розгалужені транспортні оптичні мережі.

       У більшості провідних виробників  є DWDM-обладнання, яке дозволяє  мультиплексувати в С-діапазоні (1530-1565 нм) до 40 оптичних каналів при ширині одного каналу 100 ГГц або до 80 оптичних каналів при його ширині 50 ГГц. У цьому випадку максимальна ємність одного оптичного каналу становить 10 Гбіт / с (рівень STM-64). У діапазоні L (1570-1605 нм) максимальне число оптичних каналів може досягати 160 при ширині каналу 50 ГГц.

       При використанні DWDM-устаткування  на 160 каналів одночасно в діапазонах C і L (C + L) виникають певні вимоги  до оптичних кабелів, а саме: загасання в C-і L-діапазонах має бути приблизно однаковим. Значить, необхідно використовувати оптичний кабель з симетричними в цих діапазонах характеристиками по загасання. Такі кабелі розроблені порівняно недавно. У переважній же більшості випадків оператори використовують кабелі з несиметричними характеристиками в C-і L-діапазонах. Так, для кабелів, що відповідають вимогам рекомендації G.652, різниця загасання в зазначених діапазонах може досягати 0,02 дБ / км, що в перерахунку на один підсилювальний ділянку дає різницю до 2 дБ. У цьому випадку для розрахунків розташування устаткування необхідно брати найбільше загасання, що приводить до необхідності частіше встановлювати передавальне обладнання і в кінцевому рахунку збільшить його ціну.

     Як DWDM, так і SDH-технології розраховані, насамперед, на використання в телефонних мережах з комутацією каналів. Однак, згідно зі світовими тенденціям, розвиток телекомунікацій майбутнього пов'язане з пакетними і IP-мережами, у зв'язку з чим вже розробляється IP-сумісні оптичні методи передачі сигналів. Тому в перспективі мережі, що базуються повністю на SDH-технології, поступово втратять своє значення, проте SDH-функціональність. швидше за все, буде продовжувати відігравати важливу роль в IP-інфраструктурі. Особливо це стосується чинних IP-мереж, оскільки функціональні можливості обладнання SDH тільки передбачається реалізувати в майбутніх оптичних IP-мережах. Спільне застосування обладнання SDH і DWDM та широко розповсюдженого на існуючих мережах обладнання стандарту PDH забезпечить гнучкий і безболісний перехід до повністю IP-сумісним мереж. Такий сценарій розвитку задовольняє вимогам як до функціональності, так і до пропускної здатності мереж.

       В даний час на ринку з'явилися  принципово нові, солітоновие DWDM-системи,  які дозволяють істотно збільшити пропускну здатність каналів і дальність передачі. Основна властивість оптичного солітону - можливість поширення оптичного імпульсу без дисперсійного розпливання. Солітон - це модульований за інтенсивністю оптичний імпульс, який за рахунок нелінійної взаємодії між спектральними складовими підтримує незмінною форму оптичного сигналу в міру його розповсюдження у волокні. У лінійних середовищах спектральні складові оптичного імпульсу не взаємодіють між собою, що призводить до дисперсійному розпливанню сигналу. При обліку нелінійного ефекту перерозподілу енергії між спектральними складовими можна уникнути дисперсійного розпливання сигналу, що поширюється вздовж волокна. Дана технологія представляється найбільш перспективною для передачі сигналу STM-256 (40 Гбіт / с) на великі відстані. Однак солітоновие технології накладають певні вимоги на оптичні кабелі, що може спричинити необхідність їх повної заміни на існуючих мережах.

     Використання  технології DWDM виправдано для передачі великих обсягів трафіку. Зі збільшенням числа оптичних каналів, зраджувати по одному волокну, вартість передачі одиниці інформації зменшується. Так, вартість передачі одного біта інформації з повністю завантаженої 160-канальної системі менше відповідного показника для 40/32-канальной системи. Однак при неповному завантаженні важливо враховувати той факт, що ціна устаткування для 40/32-канальной системи помітно нижче ціни 160-канальної системи.

       Як вже говорилося, у діапазоні  С можна використовувати до 80 оптичних каналів. Для того  щоб уникнути втрат, пов'язаних з нелінійним взаємодією різних оптичних каналів, а також дотримати санітарні норми, сумарна потужність сигналу в оптоволокні не повинна перевищувати 100 мВт (або 20 дБм). Це обмежує потужність на один оптичний канал. Для 80-канальної системи потужність на один канал складає 1 дБм, для 40-канальної системи – 4, для 32-канальної – 5 дБм. Таким чином, на кожному усилительном ділянці 32-канальна система має запас в 1 дБ у порівнянні з 40-канальної і 4 дБ у порівнянні з 80-канальної. Якщо ж при проектуванні DWDM-мережі закладати на перспективу можливість роботи на 80 каналах, то довжина підсилюючих і регенераційних ділянок різко зменшиться, число вузлів на мережі зросте і вартість обладнання в перерахунку на один оптичний канал значно збільшиться. 80-канальна система DWDM економічно вигідна тільки при роботі з великим числом задіяних оптичних каналів. Так, в Китаї, телекомунікаційний ринок якого займає друге місце в світі, максимальне число використовуваних оптичних каналів на DWDM-мережах не перевищує 12.

     В даний час багато операторів переходять на обладнання рівня STM-64 і розглядають  можливість використовувати DWDM-технології для побудови магістральних і  міських мереж. Сучасні міські транспортні  мережі повинні підтримувати роботу з неоднорідним трафіком, в тому числі з вузькосмуговим трафіком на базі SDH-систем і широкосмуговим ATM-та Ethernet-трафіком. Технологія DWDM дозволяє об'єднати передачу різнорідного трафіку. Для цього кожному типу трафіку виділяються свій оптичний канал або своя довжина хвилі. Можна стверджувати, що технологія DWDM стає економічно привабливою за обсягу трафіку 40 Гбіт / с і вище. Однак економічно ефективною вона може бути і при обсязі 10 Гбіт / с. Щоб краще зрозуміти особливості побудови DWDM-мереж в міських умовах, розглянемо основні функціональні вузли відповідного обладнання. 

     1.2. Основні вузли  DWDM-обладнання

     У технології DWDM повністю повторені принципи телевізійного чи радіомовлення. Від  передавальної телевізійної антени по повітрю поширюються декілька ТВ-програм, кожна - на своїй частоті. При цьому електромагнітні хвилі з різними частотами не взаємодіють між собою. ТБ-приймач за допомогою приймальні антени можна налаштувати на будь-який канал (на будь-яку частоту). У випадку з DWDM оптичне волокно виконує роль повітря - по ньому поширюється не одна, а кілька не взаємодіють між собою електромагнітних хвиль з різними частотами. На кожній частоті можна передавати будь-який трафік - STM, ATM, IP. Використовуються частоти, або довжини хвиль, для яких загасання електромагнітних хвиль мінімально, а саме вже згадані вище С-і L-діапазони.

       Технологія DWDM пред'являє набагато  більш жорсткі вимоги до оптичних  джерел випромінювання, ніж SDH. Щоб  сусідні канали не впливали  один на одного, ширина спектру випромінювання повинна бути значно менше ширини оптичного каналу, тобто на рівні 0,2-0,3 нм. У системах SDH по оптичному кабелю передається тільки один сигнал на частоті 1310 або 1550 нм. Тому вимоги до стабільності частоти і ширині спектру випромінювання оптичного джерела порівняно невисокі.

       Для передачі по одному волокну  декількох сигналів STM необхідно перетворити їх з «формату» SDH в «формат» DWDM. Цю функцію виконує транспондер. На його вхід подається сигнал STM (або ATM, IP), який необхідно перетворити у «формат» DWDM, т. е. в сигнал із суворо фіксованою довжиною хвилі і вузьким спектром випромінювання. Оптичний STM-сигнал перетвориться в електричну форму, відновлюється форма сигналу, і далі виконується зворотне електрооптичні перетворення в «формат» DWDM. Для відновлення форми сигналів використовується 3R-перетворення: 1R (re-amplification) - посилення сигналу, 2R - 1R плюс відновлення форми сигналів (re-shaping), 3R - 2R плюс ресинхронізація (re-timing). Для передачі сигналу на порівняно невеликі відстані, в межах міста чи області, досить використовувати транспондери з функцією 2R.