Ж у р н а л   о   к о м п ь ю т е р н ы х   с е т я х   и   т е л е к о м м у н и к а ц и о н н ы х   т е х н о л о г и я х
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК: ПОДПИСКА НА НОВОСТИ: НОМЕР:
    ДОМОЙ • Архив: Новостей | Конференций | НомеровПодписка
 
   
 
   
    
РЕДАКЦИЯ
 
Все о журнале
Подписка
Как проехать
Где купить
Отдел рекламы
График выхода журнала
Адреса в Интернет

РУБРИКАТОР
   
• Инфраструктура
• Информационные
   системы

• Сети связи
• Защита данных
• Кабельные системы
• Бизнес
• Колонка редактора
• Электронная
   коммерция

• Только на сервере
• Системы
   учрежденческой
   связи

• Новые продукты


Rambler's Top100

  

Системы DWDM: особенности и применение

И. П. Павлов

По мере роста объемов трафика перед операторами связи все более актуальным становится вопрос о модернизации существующих городских транспортных сетей. Пропускную способность волоконно-оптических сетей можно увеличить двумя основными способами (рис.1): повысив уровень STM-сигнала или внедрив технологию плотного волнового мультиплексирования (Dense Wavelength Division Multiplexing - DWDM). Данная технология подразумевает спектральное разделение полосы пропускания волокна на несколько оптических каналов. Таким образом в одной паре волокон параллельно передается несколько независимых каналов (каждый на своей длине волны), что позволяет повысить пропускную способность системы передачи.

У большинства ведущих производителей имеется DWDM-оборудование, которое позволяет мультиплексировать в С-диапазоне (1530-1565 нм) до 40 оптических каналов при ширине одного канала 100 ГГц или до 80 оптических каналов при его ширине 50 ГГц. В этом случае максимальная емкость одного оптического канала составляет 10 Гбит/с (уровень STM-64). В диапазоне L (1570-1605 нм) максимальное число оптических каналов может достигать 160 при ширине канала 50 ГГц.

При использовании DWDM-оборудования на 160 каналов одновременно в диапазонах C и L (C + L) возникают определенные требования к оптическим кабелям, а именно: затухание в C- и L-диапазонах должно быть примерно одинаковым. Значит, необходимо использовать оптический кабель с симметричными в этих диапазонах характеристиками по затуханию. Такие кабели разработаны сравнительно недавно. В подавляющем же большинстве случаев операторы используют кабели с несимметричными характеристиками в C- и L-диапазонах. Так, для кабелей, соответствующих требованиям рекомендации G.652, разница затухания в указанных диапазонах может достигать 0,02 дБ/км, что в пересчете на один усилительный участок дает разницу до 2 дБ. В этом случае для расчетов расположения оборудования необходимо брать наибольшее затухание, что приводит к необходимости чаще устанавливать передающее оборудование и в конечном счете увеличит его цену.

В настоящее время на рынке появились принципиально новые, солитоновые DWDM-системы, которые позволяют существенно увеличить пропускную способность каналов и дальность передачи. Основное свойство оптического солитона - возможность распространения оптического импульса без дисперсионного расплывания. Солитон - это модулированный по интенсивности оптический импульс, который за счет нелинейного взаимодействия между спектральными составляющими поддерживает неизменной форму оптического сигнала по мере его распространения в волокне. В линейных средах спектральные составляющие оптического импульса не взаимодействуют между собой, что приводит к дисперсионному расплыванию сигнала. При учете нелинейного эффекта перераспределения энергии между спектральными составляющими можно избежать дисперсионного расплывания сигнала, распространяющегося вдоль волокна. Данная технология представляется наиболее перспективной для передачи сигнала STM-256 (40 Гбит/с) на большие расстояния. Однако солитоновые технологии накладывают определенные требования на оптические кабели, что может повлечь необходимость их полной замены на существующих сетях.

Использование технологии DWDM оправданно для передачи больших объемов трафика. С увеличением числа оптических каналов, предаваемых по одному волокну, стоимость передачи единицы информации уменьшается. Так, стоимость передачи одного бита информации по полностью загруженной 160-канальной системе меньше соответствующего показателя для 40/32-канальной системы. Однако при неполной загрузке важно учитывать тот факт, что цена оборудования для 40/32-канальной системы заметно ниже цены 160-канальной системы.

Как уже говорилось, в диапазоне С можно использовать до 80 оптических каналов. Для того чтобы избежать потерь, связанных с нелинейным взаимодействием различных оптических каналов, а также соблюсти санитарные нормы, суммарная мощность сигнала в оптоволокне не должна превышать 100 мВт (или 20 дБм). Это ограничивает мощность на один оптический канал. Для 80-канальной системы мощность на один канал составляет 1 дБм, для 40-канальной системы - 4, для 32-канальной - 5 дБм. Таким образом, на каждом усилительном участке 32-канальная система имеет запас в 1 дБ по сравнению с 40-канальной и 4 дБ по сравнению с 80-канальной. Если же при проектировании DWDM-сети закладывать на перспективу возможность работы на 80 каналах, то длина усилительных и регенерационных участков резко уменьшится, число узлов на сети вырастет и стоимость оборудования в пересчете на один оптический канал значительно увеличится. 80-канальная система DWDM экономически выгодна только при работе с большим числом задействованных оптических каналов. Так, в Китае, телекоммуникационный рынок которого занимает второе место в мире, максимальное число используемых оптических каналов на DWDM-сетях не превышает 12.

Продукция каждой фирмы-производителя занимает свое определенное место на схеме, показанной на рис. 1. Во многом это определяется научно-техническим уровнем фирмы. Еще один фактор - уровень развития рынка, на который ориентируется та или иная компания. Так, использование солитоновых технологий для уплотнения сигналов STM-256 или 160/80-канальных систем DWDM может быть востребовано на очень развитых телекоммуникационных рынках и вряд ли экономически оправдано в России.

В настоящее время многие российские операторы переходят на оборудование уровня STM-64 и рассматривают возможность использовать DWDM-технологии для построения магистральных и городских сетей. Современные городские транспортные сети должны поддерживать работу с неоднородным трафиком, в том числе с узкополосным трафиком на базе SDH-систем и широкополосным ATM- и Ethernet-трафиком. Технология DWDM позволяет объединить передачу разнородного трафика. Для этого каждому типу трафика выделяются свой оптический канал или своя длина волны. Можно утверждать, что технология DWDM становится экономически привлекательной при объеме трафика 40 Гбит/с и выше. Однако экономически эффективной она может быть и при объеме 10 Гбит/с. Чтобы лучше понять особенности построения DWDM-сетей в городских условиях, рассмотрим основные функциональные узлы соответствующего оборудования.

Основные узлы DWDM-оборудования

В технологии DWDM полностью повторены принципы телевизионного или радиовещания. От передающей телевизионной антенны по воздуху распространяются несколько ТВ-программ, каждая - на своей частоте. При этом электромагнитные волны с различными частотами не взаимодействуют между собой. ТВ-приемник посредством приемной антенны можно настроить на любой канал (на любую частоту). В случае с DWDM оптическое волокно выполняет роль воздуха - по нему распространяется не одна, а несколько не взаимодействующих между собой электромагнитных волн с разными частотами. На каждой частоте можно передавать любой трафик - STM, ATM, IP. Используются частоты, или длины волн, для которых затухание электромагнитных волн минимально, а именно уже упомянутые выше С- и L-диапазоны.

Технология DWDM предъявляет гораздо более жесткие требования к оптическим источникам излучения, нежели SDH. Чтобы соседние каналы не влияли друг на друга, ширина спектра излучения должна быть значительно меньше ширины оптического канала, т. е. на уровне 0,2-0,3 нм. В системах SDH по оптическому кабелю передается только один сигнал на частоте 1310 или 1550 нм. Поэтому требования к стабильности частоты и ширине спектра излучения оптического источника сравнительно невысоки.

Для передачи по одному волокну нескольких сигналов STM необходимо преобразовать их из "формата" SDH в "формат" DWDM. Эту функцию выполняет транспондер (рис. 2). На его вход подается сигнал STM (или ATM, IP), который необходимо преобразовать в "формат" DWDM, т. е. в сигнал со строго фиксированной длиной волны и узким спектром излучения. Оптический STM-сигнал преобразуется в электрическую форму, восстанавливается форма сигнала, и далее выполняется обратное электрооптическое преобразование в "формат" DWDM. Для восстановления формы сигналов используется 3R-преобразование: 1R (re-amplification) - усиление сигнала, 2R - 1R плюс восстановление формы сигналов (re-shaping), 3R - 2R плюс ресинхронизация (re-timing). Для передачи сигнала на сравнительно небольшие расстояния, в пределах города или области, достаточно использовать транспондеры с функцией 2R.

Можно выделить четыре основных узла оборудования DWDM (рис. 3):

* оптический терминальный мультиплексор (Optical Terminal Multiplexer - OTM),

* регенератор (Regenerator - REG),

* оптический усилитель (Optical Line Amplifier - OLA),

* оптический мультиплексор ввода-вывода (Optical Add Drop Multiplexer - OADM).

Основными узлами оптического терминального мультиплексора являются оптический мультиплексор (OM) и оптический демультиплексор (OD). В направлении передачи OM мультиплексирует сигналы с фиксированными длинами волн, сформированные на выходе транспондеров, в групповой сигнал, который и передается по оптическому кабелю. На приеме OD демультиплексирует групповой сигнал на сигналы с фиксированными длинами волн, которые подаются на транспондеры.

Оптический регенератор используется для восстановления формы группового сигнала, подавления джиттера и улучшения соотношения сигнал/шум. С этой целью используется преобразование O-E-O (Optical-Electrical-Optical). Групповой сигнал на входе REG преобразуется в электрическую форму, проводится 3R-восстановление формы сигнала, и далее он опять преобразуется в оптическую форму. Регенератор строится на базе двух OTM-мультиплексоров, включенных по схеме back-to-back через транспондеры (см. рис. 3). Такая конфигурация позволяет осуществить ввод-вывод всех оптических каналов.

Оптический усилитель соответственно усиливает групповой сигнал без восстановления его формы. При передачи информации на большие расстояния усилители оснащают функцией эквалайзера - выравнивания мощности оптических каналов. В городских условиях функция эквалайзера не используется, и это уменьшает стоимость усилителя. Оптический усилитель наиболее дешевый узел оборудования DWDM (в сравнении с OTM-мультиплексором и регенератором).

Оптический мультиплексор ввода-вывода строится на базе оптического усилителя, в который добавляется пассивная оптическая плата, позволяющая осуществить ввод-вывод ограниченного числа оптических каналов с фиксированными длинами волн. Она представляет собой брегговскую решетку с периодическими изменениями индекса преломления, которые достигаются за счет насечек на оптоволоконном кабеле, сделанных с помощью ультрафиолетового излучения. OADM-мультиплексор на базе брегговских решеток позволяет осуществлять ввод-вывод от 1 до 12 оптических каналов. Для остальных каналов он работает как усилитель. Основное преимущество такого мультиплексора по сравнению с OTM-мультиплексором и регенератором - гораздо более низкая его цена.

Другая возможность уменьшения стоимости DWDM-оборудования - использование "цветных" интерфейсов. Как мы уже говорили, к транспондеру с одной стороны подключается SDH-оборудование, с другой - оборудование DWDM (оптический мультиплексор/демультиплексор или пассивное оптическое устройство ввода-вывода на базе брегговских решеток). Но если в оборудовании SDH использовать STM-интерфейсы с фиксированной длиной волны и узким спектром излучения, то необходимость в транспондерах отпадает. Такие STM-интерфейсы и называются "цветными". Их использование, означающее не что иное, как отказ от транспондеров, позволяет сократить количество преобразований O-E-O и уменьшить число соединительных оптических кабелей, что повышает надежность оборудования. Кроме того, уменьшаются размеры оборудования и энергопотребление.

Особенности использования DWDM в городских условиях

Предназначенное для использования в городских условиях оборудование DWDM часто называют Metro DWDM. Оно, как правило, используется в кольцевой конфигурации, наделенной надежными механизмами защиты трафика. Желательно использовать OADM-мультиплексоры, которые позволяют выделять до 12 длин волн при сравнительно небольшой стоимости узла.

Современные городские транспортные сети часто представляют собой сложную разветвленную структуру ячеистого типа. Чтобы передать информацию из узла 1 в узел 2 (рис. 4), нужно задействовать много промежуточных узлов; каждый из них будет совершать преобразование O-E-O и использовать матрицу кросс-коммутации для маршрутизации сигнала. В общем для передачи информации между узлами 1 и 2 необходимо произвести много ресурсоемких преобразований. Чтобы разгрузить транспортную SDH-сеть, уменьшить число преобразований O-E-O и повысить тем самым надежность сети вводится дополнительный уровень распределения трафика на базе DWDM-оборудования (см. рис. 4).

На рис. 5 показан пример кольца распределения на базе DWDM-оборудования, в котором обеспечивается обмен трафиком между узлами OADM-1 и OADM-3. Одна часть кольца используется как рабочий путь, другая - как резервный. Промежуточные узлы (OADM-2, OADM-4, OADM-5) работают в режиме усилителей, поэтому для передачи трафика преобразование O-E-O осуществляется только на конечных узлах, а в промежуточных узлах - лишь усиление сигнала. Такая схема является рабочей для передачи трафика на сравнительно небольшие расстояния. Для связи на большие расстояния требуется восстанавливать групповой сигнал через каждые 600 км. И тогда вместо OADM в некоторых точках необходимо установить регенераторы. Однако в городских сетях длина кольца всегда меньше 600 км, что и позволяет использовать сравнительно дешевые OADM-устройства. В отличие от классических SDH-мультиплексоров (ADM) они не задействуют матрицу кросс-коммутации и не выполняют дополнительных преобразований O-E-O.

При передаче сигнала на небольшие расстояния снижаются и требования к усилителям: как правило, не нужна функция эквалайзера, выходная мощность тоже может быть уменьшена. Все это приводит к заметному удешевлению усилителей.

Оборудование Metro DWDM обычно имеет большой набор транспондеров. В качестве примера приведем DWDM-аппаратуру серии Metro компании Huawei Technologies. Ее транспондеры STM-64 и STM-16 преобразуют сигналы SDH в оптические каналы 10 и 2,5 Гбит/с соответственно. Фирма имеет универсальный транспондер, на вход которого может быть подан любой сигнал - STM-16, STM-4 или STM-1. Чтобы полностью использовать емкость оптического канала, выпускаются транспондеры-мультиплексоры, объединяющие несколько низкоскоростных сигналов в один оптический канал. Так, можно мультиплексировать четыре сигнала STM-16 в DWDM-канал 10 Гбит/с, два сигнала Gigabit Ethernet (GE) - в канал 2,5 Гбит/с, восемь сигналов GE - в канал 10 Гбит/с. Существует комбинированный транспондер, объединяющий потоки GE и STM-4/STM-1.

Транспондеры, применяя для передачи стандартного SDH-трафика, способны передавать и трафик ATM. Для этого можно задействовать режим ATM over SDH over DWDM (синхронный режим передачи ATM-трафика) с использованием следующих контейнеров: VC4, VC4-4c, VC16-16c, VC4-4v, VC16-16v. Для передачи ATM-трафика можно взять и универсальный самонастраивающийся транспондер, который поддерживает интерфейсы пользователя независимо от скорости передачи, формата данных или типа протокола. В DWDM-сигнал упаковывается любой оптический сигнал со скоростями в диапазоне 34 Мбит/с - 2,5 Гбит/с. С помощью описываемого транспондера можно передавать традиционный трафик SDH, а также трафик Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, ATM, ESCON/FICON, Fiber Channel, FDDI.

Большинство из перечисленных транспондеров могут быть выполнены в двух видах: с упаковкой в оптический канал, передающийся в одном направлении, и с упаковкой в оптический канал, передающийся в кольце в двух противоположных направлениях. Последний вариант используется с целью реализации функции защитного переключения в кольце для каждой отдельно взятой длины волны. Таким образом, можно выбирать, какие длины волн защищать, а какие оставить незащищенными. Существуют и другие механизмы защиты трафика, в том числе и на уровне SDH.

Все транспондеры, работающие с оптическими каналами 10 Гбит/с, используют код прямого исправления ошибок (Forward Error Correction - FEC), который позволяет автоматически обнаруживать и исправлять ошибки при передаче за счет введения избыточной информации в передаваемый сигнал. При использовании FEC-кода для оптических каналов с полезной нагрузкой 10 Гбит/с суммарная емкость канала вырастает на 7% - до 10,6 Гбит/с. Применение FEC-кода снижает требования к отношению сигнал/шум, увеличивая тем самым дальность передачи. Поэтому правила конфигурирования оптических каналов 10 Гбит/с с FEC-кодом и каналов 2,5 Гбит/с без FEC-кода практически совпадают и, как следствие, совпадает расположение оборудования (усилителей и регенераторов). Это позволяет на сети DWDM одновременно использовать оптические каналы 10 и 2,5 Гбит/с.

Построение городских DWDM сетей

Городские DWDM сети, как правило, строят с использованием кольцевой архитектуры, что позволяет применять механизмы защиты на уровне DWDM при скорости восстановления не более 50 мс. На рис. 6 показан пример сетевой инфраструктуры, построенной на оборудовании нескольких поставщиков, с дополнительным уровнем распределения на базе оборудования Metro DWDM. Этот уровень и введен для организации обмена трафиком между сетями с оборудованием разных фирм.

В технологии DWDM минимальная дискретность сигнала - это оптический канал, или длина волны. Использование целых длин волн с емкостью канала 2,5 или 10 Гбит/с для обмена трафиком между подсетями оправдано для построения больших транспортных сетей. Но транспондеры-мультиплексоры позволяют организовать обмен трафиком между подсетями на уровне сигналов STM-4/STM-1/GE. Уровень распределения можно строить и на базе SDH-технологии. Но DWDM имеет большое преимущество, связанное с прозрачностью каналов управления и служебных каналов (например, служебной связи). При упаковке SDH/ATM/IP-сигналов в оптический канал структура и содержимое пакетов не изменяются. Системы DWDM проводят только мониторинг отдельных байтов для контроля правильности прохождения сигналов. Поэтому соединение подсетей по инфраструктуре DWDM на отдельно взятой длине волны можно рассматривать как соединение парой оптических кабелей.

Обратимся еще раз к рис. 6. На нем две подсети передачи данных одного производителя соединяются через DWDM-сеть другого производителя. Система управления, подсоединенная физически к одной подсети, может управлять и работой другой подсети. Если бы на уровне распределения использовалось SDH-оборудование, то это было бы невозможно. Таким образом, на базе DWDM сетей можно объединять сети разных производителей для передачи разнородного трафика.

Об авторе
Павлов Игорь Петрович,
компания Huawei Technologies
Телефон: (095) 956-8689
http://www.huawei.ru


Рекомендую мебельную фирму Комплект-Профи.




  
4 '2003
СОДЕРЖАНИЕ

бизнес

• Анализ возврата инвестиций

• Открытый источник инноваций. Интервью Сергея Тарасова

• Кто проложит русло широкополосному потоку

• Российский ИТ-рынок считает доходы

• Еще раз об экономике контакт-центров

инфраструктура

• Тестируем коммутаторы Fibre Channel среднего класса

информационные системы

• Спектр электронных покупателей

• Нужны ли публичные Web-службы?

• Как стать уверенным в своем Web-сайте

сети связи

• Передача голоса поверх IP, ATM и DSL

• Системы DWDM: особенности и применение

• Fast Ethernet в кольце

кабельные системы

• Новое поколение оптических рефлектометров

• Тональные генераторы и щупы — простые, но важные инструменты

защита данных

• Основы безопасности ИТ

• Тактика защиты информации

новые продукты

• Консольные серверы Digi СМ, Система широкополосного радиодоступа i-BRAIN


• Калейдоскоп



 Copyright © 1997-2007 ООО "Сети и Системы Связи". Тел. (495) 234-53-21. Факс (495) 974-7110. вверх