WDM — это технология, которая позволяет передавать различные оптические сигналы по одному волокну. Его принцип, по сути, такой же, как мультиплексирование с частотным разделением (FDM). То есть несколько сигналов передаются с использованием разных несущих, занимающих неперекрывающиеся части частотного спектра. В случае WDM используемая полоса спектра находится в области 1300 или 1550 нм, которые представляют собой окна с двумя длинами волн, в которых оптические волокна имеют очень низкую потерю сигнала.
Первоначально каждое окно использовалось для передачи одного цифрового сигнала. С развитием оптических компонентов, таких как лазеры с распределенной обратной связью (DFB), волоконные усилители на основе эрбия (EDFA) и фотодетекторы, вскоре стало понятно, что каждое передающее окно может фактически использоваться несколькими оптическими сигналами, каждый из которых занимает Небольшое сцепление с окном общей длины волны.
Фактически, количество оптических сигналов, мультиплексированных в окне, ограничено только точностью этих компонентов. Благодаря современной технологии более 100 оптических каналов могут быть объединены в одно волокно. Технология была тогда названа плотной WDM (DWDM).
Основным преимуществом DWDM является его способность экономически эффективно увеличить пропускную способность оптического волокна во много раз. Огромная сеть волокон, существующая во всем мире, может внезапно увеличить их емкость в несколько раз, без необходимости в длинных новых волокнах, что является дорогостоящим процессом. Очевидно, что к этим волокнам должно быть подключено новое оборудование DWDM. Также могут потребоваться оптические регенераторы.
Количество и частота используемых длин волн стандартизируются МСЭ (T). Используемый набор длин волн важен не только для обеспечения совместимости, но и для предотвращения разрушительных помех между оптическими сигналами.
В следующей таблице приведены номинальные центральные частоты на основе минимального разнесения каналов 50 ГГц, привязанного к эталонному значению 193,10 ТГц. Обратите внимание, что значение C (скорость света) принимается равным 2,99792458 x 108 м / с. для преобразования между частотой и длиной волны.
МСЭ-Т Grid (в пределах С-диапазона), Рек. МСЭ (T) G.692
| Номинальные центральные частоты (ТГц) для разноса 50 ГГц | Номинальные центральные частоты (ТГц) для разноса 100 ГГц | Номинальные центральные длины волн (Нм) |
|---|---|---|
| 196,10 | 196,10 | 1528,77 |
| 196,05 | 1529,16 | |
| 196,00 | 196,00 | 1529,55 |
| 195,95 | 1529,94 | |
| 195,90 | 195,90 | 1530,33 |
| 195,85 | 1530,72 | |
| 195,80 | 195,80 | 1531,12 |
| 195,75 | 1531,51 | |
| 195,70 | 195,70 | 1531,90 |
| 195,65 | 1532,29 | |
| 195,60 | 195,60 | 1532,68 |
| 195,55 | 1533,07 | |
| 195,50 | 195,50 | 1533,47 |
| 195,45 | 1533,86 | |
| 195,40 | 195,40 | 1534,25 |
| 195,35 | 1534,64 | |
| 195,30 | 195,30 | 1535,04 |
| 195,25 | 1535,43 | |
| 195,20 | 195,20 | 1535,82 |
| 195,15 | 1536,22 | |
| 195,10 | 195,10 | 1536,61 |
| 195,05 | 1537,00 | |
| 195,00 | 195,00 | 1537,40 |
| 194,95 | 1537,79 | |
| 194,90 | 194,90 | 1538,19 |
| 194,85 | 1538,58 | |
| 194,80 | 194,80 | 1538,98 |
| 194,75 | 1539,37 | |
| 194,70 | 194,70 | 1539,77 |
| 194,65 | 1540,16 | |
| 194,60 | 194,60 | 1540,56 |
| 194,55 | 1540,95 | |
| 194,50 | 194,50 | 1541,35 |
| 194,45 | 1541,75 | |
| 194,40 | 194,40 | 1542,14 |
| 194,35 | 1542,54 | |
| 194,30 | 194,30 | 1542,94 |
| 194,25 | 1543,33 | |
| 194,20 | 194,20 | 1543,73 |
| 194,15 | 1544,13 | |
| 194,10 | 194,10 | 1544,53 |
| 194,05 | 1544,92 | |
| 194,00 | 194,00 | 1545,32 |
| 193,95 | 1545,72 | |
| 193,90 | 193,90 | 1546,12 |
| 193,85 | 1546,52 | |
| 193,80 | 193,80 | 1546,92 |
| 193,75 | 1547,32 | |
| 193,70 | 193,70 | 1547,72 |
| 193,65 | 1548,11 | |
| 193,60 | 193,60 | 1548,51 |
| 193,55 | 1548,91 | |
| 193,50 | 193,50 | 1549,32 |
| 193,45 | 1549,72 | |
| 193,40 | 193,40 | 1550,12 |
| 193,35 | 1550,52 | |
| 193,30 | 193,30 | 1550,92 |
| 193,25 | 1551,32 | |
| 193,20 | 193,20 | 1551,72 |
| 193,15 | 1552,12 | |
| 193,10 | 193,10 | 1552,52 |
| 193,05 | 1552,93 | |
| 193,00 | 193,00 | 1533,33 |
| 192,95 | 1553,73 | |
| 192,90 | 192,90 | 1554,13 |
| 192,85 | 1554,54 | |
| 192,80 | 192,80 | 1554,94 |
| 192,75 | 1555,34 | |
| 192,70 | 192,70 | 1555,75 |
| 192,65 | 1556,15 | |
| 192,60 | 192,60 | 1556,55 |
| 192,55 | 1556,96 | |
| 192,50 | 192,50 | 1557,36 |
| 192,45 | 1557,77 | |
| 192,40 | 192,40 | 1558,17 |
| 192,35 | 1558,58 | |
| 192,30 | 192,30 | 1558,98 |
| 192,25 | 1559,39 | |
| 192,20 | 192,20 | 1559,79 |
| 192,15 | 1560,20 | |
| 192,10 | 192,10 | 1560,61 |
DWDM внутри сети
Типичная сеть SDH будет иметь два волокна на каждой стороне каждого узла: одно для передачи своему соседу и одно для приема от своего соседа .
Хотя наличие двух волокон между сайтами звучит не так уж плохо, на практике между сайтами, вероятно, будет работать много систем, даже если они не являются частью одной сети.
При использовании только двух сетей, показанных выше, теперь требуется четыре волокна между C & D, а прокладка между сайтами чрезвычайно дорогая. Это где DWDM сети вступают в игру.
Используя систему DWDM, количество волокон, необходимое между узлами C & D, сокращается до одного волокна. Современное оборудование DWDM может мультиплексировать до 160 каналов, что представляет собой значительную экономию на оптоволоконных инвестициях. Поскольку оборудование DWDM работает только с физическим сигналом, оно вообще не влияет на уровень SDH сети. Сигнал SDH не прерывается и не прерывается, если речь идет о сети SDH. Между сайтами все еще существует прямая связь.
Сети DWDM не зависят от протокола. Они переносят световые волны и не работают на уровне протокола.
DWDM-системы могут сэкономить большие суммы денег операторам сети при прокладке оптоволокна, даже больше на большие расстояния. Используя оптические усилители, можно передавать сигнал DWDM на большие расстояния.
Усилитель принимает многочастотный сигнал DWDM и просто усиливает его, чтобы достичь следующего участка.
Операционный усилитель усилит красные или синие лямбды, если он усиливает красные лямбды, он пропускает полученные синие каналы и наоборот. Для усиления в обоих направлениях требуется один из обоих типов усилителей.
Чтобы система DWDM работала удовлетворительно, длины волн, приходящих на оптический усилитель, должны быть выровнены.
Это включает в себя настройку всех входящих оптических источников в систему DWDM на одинаковые уровни оптической мощности. Длины волн, которые не были выровнены, могут показывать ошибки при переносе трафика.
Некоторые производители оборудования DWDM помогают полевым техникам измерять оптическую мощность входящих каналов и рекомендуют, какие каналы требуют регулировки мощности.
Выравнивание длин волн может быть сделано несколькими способами; Переменный оптический аттенюатор может быть установлен между рамкой управления волокном и соединителем DWDM — инженер может регулировать сигнал на стороне соединителя DWDM.
Альтернативно, исходное оборудование может иметь оптические передатчики с переменным выходом, что позволяет инженеру регулировать оптическую мощность с помощью программного обеспечения на исходном оборудовании.
Некоторые устройства связи DWDM имеют встроенные аттенюаторы для каждого полученного канала, инженер может настроить каждый канал в точке доступа DWDM.
Когда через волокно проходит множество частот света, может возникнуть состояние, известное как четырехволновое смешение. Новые длины волн света генерируются внутри волокна на длинах волн / частотах, определяемых частотой исходных длин волн. Частота новых длин волн определяется как f123 = f1 + f2 — f3.
Наличие длин волн может отрицательно повлиять на отношение оптического сигнала к шуму в волокне и повлиять на BER трафика в пределах длины волны.
WDM КОМПОНЕНТЫ
Компоненты WDM основаны на различных принципах оптики. На приведенном ниже рисунке изображен один канал WDM. DFB-лазеры используются в качестве передатчиков, по одному на каждую длину волны. Оптический мультиплексор объединяет эти сигналы в передающее волокно. Оптические усилители используются для подачи питания оптического сигнала, чтобы компенсировать системные потери.
На стороне приемника оптические демультиплексоры разделяют каждую длину волны, чтобы доставлять их на оптические приемники в конце оптической линии. Оптические сигналы добавляются в систему с помощью оптических ADM (OADM).
Эти оптические устройства эквивалентны цифровым ADM, обрабатывая и разделяя оптические сигналы вдоль пути передачи. OADM обычно изготавливаются из решетчатых волноводных решеток (AWG), хотя также использовались другие оптические технологии, такие как волоконные брэгговские решетки.
Ключевым компонентом WDM является оптический коммутатор. Это устройство способно переключать оптические сигналы с заданного входного порта на заданный выходной порт. Это эквивалент электронной перекладины. Оптические переключатели позволяют создавать оптические сети, поэтому данный оптический сигнал может быть направлен к соответствующему месту назначения.
Другим важным оптическим компонентом является преобразователь длины волны. Преобразователь длины волны — это устройство, которое преобразует оптический сигнал, приходящий на заданную длину волны, в другой сигнал на другой длине волны, поддерживая тот же цифровой контент. Эта возможность важна для сетей WDM, поскольку она обеспечивает большую гибкость при маршрутизации оптических сигналов по сети.
ОПТИЧЕСКИЕ ТРАНСПОРТНЫЕ СЕТИ
Сети WDM строятся путем соединения узлов с поперечным соединением по длине волны (WXC) в определенной топологии по выбору. WXC реализуются мультиплексорами и демультиплексорами, переключателями и преобразователями длины волны.
На следующем рисунке показана общая архитектура узла WXC.
Оптические сигналы, мультиплексированные в одном волокне, поступают в оптический демультиплексор. Сигнал разлагается на несколько несущих длин волн и отправляется в банк оптических переключателей. Оптические переключатели направляют сигналы с несколькими длинами волн в банк вывода.
Мультиплексоры, где сигналы мультиплексируются и вводятся в исходящие волокна для передачи. Преобразователи длины волны могут использоваться между оптическим коммутатором и выходными мультиплексорами, чтобы обеспечить большую гибкость маршрутизации. WXC были исследованы в течение ряда лет. Трудности с WXC — это уровень перекрестных помех и затухания.
Узел кроссовой связи по длине волны
Оптические транспортные сети (OTN) — это сети WDM, предоставляющие транспортные услуги по световым путям. Световой путь — это канал с высокой пропускной способностью, по которому передаются данные со скоростью до нескольких гигабит в секунду. Скорость прохождения света определяется технологией оптических компонентов (лазеров, оптических усилителей и т. Д.). Скорости порядка STM-16 (2488,32 Мбит / с) и STM-64 (9953,28 Мбит / с) в настоящее время достижимы.
OTN состоит из узлов WXC и системы управления, которая контролирует настройку и отключение световых трактов с помощью контрольных функций, таких как мониторинг оптических устройств (усилитель, приемники), устранение неисправностей и т. Д. Установка и разветвление световых трактов должны выполняться в течение большого промежутка времени, например часов или даже дней, учитывая, что каждый из них обеспечивает пропускную способность магистрали.
Способ развертывания OTN очень гибок в зависимости от предоставляемых транспортных услуг. Одна из причин такой гибкости заключается в том, что большинство оптических компонентов прозрачны для кодирования сигнала. Только на границе оптического слоя, где оптический сигнал должен быть преобразован обратно в электронный домен, имеет значение кодирование.
Таким образом, прозрачные оптические сервисы для поддержки различных унаследованных технологий электронных сетей, таких как SDH, ATM, IP и Frame Relay, работающих поверх оптического уровня, являются вероятным сценарием в будущем.
Оптический слой далее делится на три подслоя —
-
Сеть оптического канального уровня, которая взаимодействует с клиентами OTN и предоставляет оптические каналы (OCh).
-
Сеть уровня оптического мультиплексирования, которая мультиплексирует различные каналы в один оптический сигнал.
-
Оптическая передающая секция сети уровня, которая обеспечивает передачу оптического сигнала по оптоволокну.
Сеть оптического канального уровня, которая взаимодействует с клиентами OTN и предоставляет оптические каналы (OCh).
Сеть уровня оптического мультиплексирования, которая мультиплексирует различные каналы в один оптический сигнал.
Оптическая передающая секция сети уровня, которая обеспечивает передачу оптического сигнала по оптоволокну.
OTN FRAME FORMAT
Аналогично использованию кадра SDH, доступ к OCh, как ожидается, будет осуществляться через кадр OC, который в настоящее время определен. Базовый размер кадра соответствует скорости STM-16 или 2488,32 Мбит / с, что составляет основной сигнал OCh. На следующем рисунке показан возможный формат кадра OCh.
Оптическая Канальная Рамка
Самая левая область кадра (показанная на рисунке ниже) зарезервирована для служебных байтов. Эти байты должны использоваться для функций OAM & P, аналогично служебным байтам кадра SDH, рассмотренным ранее.
Однако, вероятно, будут поддерживаться дополнительные функции, такие как предоставление темных волокон (резервирование длины волны между двумя конечными точками для одного пользователя) и APS на основе длины волны. Самая правая область кадра зарезервирована для схемы прямого исправления ошибок (FEC) для всех данных полезной нагрузки. FEC по оптическому передающему слою увеличивает максимальную длину пролета и уменьшает количество повторителей. Код Рида-Соломона может быть использован.
Несколько OCh должны быть мультиплексированы вместе в оптической области, чтобы сформировать сигнал оптического мультиплексора (OMS). Это параллельно мультиплексированию нескольких кадров STM-1 в формат кадра SDH STM-N. Несколько OCh могут быть мультиплексированы для формирования OMS.
Оптический сигнал клиента помещается в сигнал полезной нагрузки OCh. Сигнал клиента не ограничен форматом кадра OCh. Вместо этого сигнал клиента должен быть только цифровым сигналом с постоянной скоростью передачи данных. Его формат также не имеет отношения к оптическому слою.
WDM RINGS
Концептуально, кольцо WDM мало чем отличается от кольца SDH. WXC связаны между собой в кольцевой топологии, аналогично ADH SDH в кольце SDH. Основное архитектурное различие между кольцом SDH и кольцом WDM коренится в возможностях WXC переключения и преобразования длины волны.
Эти функции могут использоваться, например, для обеспечения уровней защиты без параллели в технологии SDH. Другими словами, может быть обеспечена защита по длине волны или пути света, в дополнение к защите пути и линии.
Оптические протоколы APS так же сложны, как и протоколы SDH APS. Защита может быть обеспечена либо на уровне OCh, либо на уровне секции оптического мультиплексирования / секции оптической передачи. Некоторые дополнительные возможности защиты могут быть реализованы без параллели в кольцах SDH. Например, неисправный путь света (например, неисправность лазера) может быть исправлен путем преобразования оптического сигнала с заданной длины волны в другую, избегая перенаправления сигнала.
Это эквивалентно переключению диапазона в SDH, с той разницей, что даже два оптоволоконных кольца WDM могут обеспечить такую возможность для защиты OCh. Однако на уровне OMS для защиты пролета потребуется четыре оптоволоконных кольца, как в SDH. Эти дополнительные функции, несомненно, привнесут дополнительную сложность в протоколы APS на оптическом уровне.
Как только кольцо WDM установлено, необходимо установить световые пути в соответствии с поддерживаемым шаблоном трафика.
MESH WDM СЕТИ
Ячеистые сети WDM построены с теми же оптическими компонентами, что и кольца WDM. Однако протоколы, используемые в ячеистых сетях, отличаются от протоколов, используемых в кольцах. Например, защита в ячеистых сетях является более сложным предложением, как и проблема маршрутизации и назначения длины волны в ячеистых сетях WDM.
Ячеистые сети, вероятно, будут магистральными инфраструктурами, соединяющими кольца WDM. Ожидается, что некоторые из этих соединений будут оптическими, избегая оптических / электронных узких мест и обеспечивая прозрачность. Другие потребуют преобразования оптического сигнала в электронный домен для управления мониторингом и, возможно, для выставления счетов. На следующем рисунке показана сеть WDM.
Инфраструктура. На этом рисунке показаны три следующих слоя топологии.
- Сеть доступа
- Региональная сеть
- Магистральная сеть
Сетевая инфраструктура WDM
В качестве сетей доступа включены как кольца SDH, так и пассивные оптические сети (PON). Как правило, они основаны на шине или протоколе топологии звезды и управления доступом к среде (MAC), который используется для координации передач между пользователями. В таких сетях функции маршрутизации не предусмотрены.
Эти архитектуры удобны для сетей, поддерживающих не более нескольких сотен пользователей на небольших расстояниях. Хотя PON являются менее дорогими сетями, чем кольца WDM, из-за отсутствия активных компонентов и таких функций, как маршрутизация по длине волны, необходимые для источников PON лазеры делают первое поколение такого оборудования еще более дорогим, чем кольца SDH. Это благоприятствует решению SDH на уровне сети доступа, по крайней мере, в ближайшем будущем.
Магистральные сети содержат активные оптические компоненты, что обеспечивает такие функции, как преобразование длины волны и маршрутизация. Магистральные сети должны будут каким-то образом взаимодействовать с унаследованными транспортными технологиями, такими как ATM, IP, PSTN и SDH.
Общий сценарий изображен на следующем рисунке. Несколько типов интерфейса задействованы на рисунке.
Наложение транспортной сети WDM, несущей трафик ATM / IP.
Инкапсуляция кадров SDH
Кадр OCh должен быть определен так, чтобы можно было легко выполнить инкапсуляцию кадра SDH. Например, весь STM-16xc должен передаваться как полезная нагрузка OCh. Если используется базовый оптический канал STM-16, возможно, будет невозможно инкапсулировать SDH-16xc в оптический канал STM-16 из-за байтов служебной информации OCh.
Формат кадра OCh в настоящее время определяется. На следующем рисунке показан пример инкапсуляции кадра SDH в кадр OCh.
Интерфейсы SDH к WDM
Оборудование WDM с физическими интерфейсами SDH доставляет оптические сигналы на устройства SDH. Эти интерфейсы должны быть для обратной совместимости с технологией SDH. Следовательно, устройству SDH не нужно знать о технологии WDM, используемой для передачи своего сигнала (например, устройство может принадлежать кольцу BLSR / 4).
В этом случае WXC сбросит и добавит в оптический носитель длину волны, первоначально использованную в кольце SDH. Таким образом, уровни WDM и SDH полностью разъединяются, что необходимо для совместимости WDM с устаревшим оборудованием SDH.
Это накладывает дополнительные ограничения на выбор длин волн в оптическом слое, поскольку длина волны последнего скачка, которая взаимодействует с устройством SDH, должна быть той же самой, которая используется устройством SDH для завершения оптического пути, если преобразование длины волны не предусмотрено в устройстве SDH.
WDM Link
| Технология | обнаружение | восстановление | подробности | |
|---|---|---|---|---|
| WDM | WDM-OMS / ОСН | 1-10ms | 10-30ms | Кольцо / PP |
| SDH | SDH | 0,1 мс | 50мс | Кольцо |
| APS 1 + 1 | 0,1 мс | 50мс | PP | |
| Банкомат | FDDI | 0,1 мс | 10мс | Кольцо |
| STM | 0,1 мс | 100мс | ||
| Банкомат PV-C / P 1 + 1 | 0,1 мс | 10msxN | Резервный N = # прыжков | |
| Банкомат ПННИ СПВ-С / П, СВ-С / П | 40s | 1-10s | ||
| IP | Протокол пограничного шлюза | звука 180 мс | 10-100s | |
| Протокол внутренней маршрутизации шлюза и E-OSPF | 40s | 1-10s | ||
| Промежуточная система | 40s | 1-10s | ||
| Маршрутизация интернет-протокола | 180s | 100s |
Согласно приведенной выше таблице, хотя восстановление в WDM происходит быстрее, чем в технологии SDH, обнаружение сбоев в WDM происходит медленнее. Безопасное наложение механизмов защиты WDM / SDH требует более быстрой схемы защиты WDM. В качестве альтернативы, SDH APS могут быть искусственно замедлены, если клиенты SDH могут позволить себе снижение производительности, вызванное такими процедурами.
Ненужное восстановление после сбоя на более высоких уровнях может вызвать нестабильность маршрута и заторы на дорогах; следовательно, этого следует избегать любой ценой. Проверки сохраняемости неисправностей могут использоваться на более высоких уровнях, чтобы избежать ранней реакции на неисправности на более низких уровнях.
Восстановление после отказа на подуровне OMS может заменить процедуры восстановления нескольких экземпляров сигналов SDH, обслуживаемых оптическим уровнем. Таким образом, потенциально большое количество клиентов SDH защищены от запуска процедур восстановления после сбоя на своих уровнях. Следовательно, восстановление одного отказа на оптическом подуровне OMS может сэкономить сотни.
Эволюция в направлении полностью оптической транспортной сети
Эволюция в направлении полностью оптической сети WDM, вероятно, будет происходить постепенно. Во-первых, устройства WXC будут подключены к существующим волокнам. В оптической линии связи могут потребоваться некоторые дополнительные компоненты, такие как EDFA, чтобы сделать устаревшие оптоволоконные линии связи подходящими для технологии WDM. WXC будут взаимодействовать с устаревшим оборудованием, таким как SDH и оптоволоконный интерфейс передачи данных (FDDI).
Плюс полностью оптической прозрачной транспортной сети заключается в том, что передача функций SDH на SDH уровня выше (IP / ATM) или ниже (WDM), вероятно, приведет к экономии с точки зрения возможности модернизации и обслуживания сети. Такая реорганизация уровня может повлиять на транспортные сети, предполагая, что трафик в реальном времени, включая речевой, пакетирован (IP / ATM). Это может привести к исчезновению сигналов SDH VC.
Тогда ключевым вопросом будет то, как наиболее эффективно упаковать пакеты в SDH или даже непосредственно в кадры OCh. Каким бы ни был новый метод инкапсуляции, обязательна обратная совместимость с IP / PPP / HDLC и инкапсуляцией ATM.