Технология CWDM и ее преимущества

CWDM решения по спектральному уплотнению каналов

История и причины появления CWDM решений

Технология спектрального уплотнения каналов с разделением по длинам волн появилась в начале 80-х годов и поначалу предназначалась для магистральных линий связи, но с 90-х годов WDM стала широко применяться в городских и региональных сетях MAN (Metropolitan Access Network). По мнению специалистов, развитие волоконной оптики и волоконно-оптических систем передачи, включая технологию WDM, несмотря на достигнутые успехи все еще находится в середине своего пути. 
Городские сети очень чувствительны к стоимости оборудования и для них наиболее интересной и перспективной технологией стало «неплотное» мультиплексирование с разделением по длине волны («разреженное» спектральное уплотнение) - CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing ). 

Развитие систем WDM стало возможно благодаря улучшению технологии оптического волокна, позволившей на порядок расширить рабочую полосу пропускания оптического волокна: с 30 до 340 нм. Затухание в полосе пропускания плавно менялось в относительно небольших пределах: ±3 дБ, что в свою очередь позволило значительно (в 10-50 раз) увеличить шаг несущих и тем самым существенно упростить фильтрацию несущих на приемной стороне, исключив дорогостоящие элементы. Появился новый класс решений – CWDM. CWDM является технологией передачи данных, которая позволяет дуплексную передачу различных протоколов по оптическому волокну. Технология спектрального уплотнения применяется для более эффективного использования существующей волоконно-оптической инфраструктуры и повышения пропускной способности оптических волокон. ПрименениеCWDM позволяет снизить затраты на прокладку нового оптического кабеля.

Область применения CWDM

Многие сети крупных городов не модернизировались уже десять лет. Постоянное увеличение трафика привело некоторые зоны к тому, что у них уже почти не осталось ресурсов для роста. Недостаточная пропускная способность сети, известная также под названием «истощение волокон», является той проблемой, которую операторы связи хотели бы разрешить незамедлительно. Добавление CWDM в оптическую транспортную систему является простым и экономически выгодным решением проблемы истощения (нехватки) волокон. По уже существующему оптическому волокну может производиться дополнительное обслуживание без прерывания обслуживания уже имеющихся абонентов.

Условия, в которых целесообразно применение CWDM систем:

CWDM решения независимы к различным протоколам передачи информации. Это позволяет создавать различные телекоммуникационные услуги в одной транспортной среде.

Технология CWDM

CWDM основывается на методе уплотнения оптических каналов, отстоящих друг от друга на расстоянии 20 нм. Принцип данного метода заключается в том, что каждый информационный поток передается по одному оптическому волокну на разной длине волны (на разной несущей частоте). С помощью специальных устройств – оптических мультиплексоров – потоки объединяются в один оптический сигнал, который вводится в оптическое волокно. На приемной стороне производится обратная операция – демультиплексирование, осуществляемая с применением оптических демультиплексоров. Это открывает поистине неисчерпаемые возможности как для увеличения пропускной способности линии, так и построению сложных топологических решений с использованием одного волокна.

Технология CWDM лучше всего подходит для построения каналов протяженностью до 80 км. Как правило, к этой категории относятся линии связи между узлами доступа и коммутационными центрами сети провайдера. Системы CWDM позволяют сэкономить немало средств на затратах построения и модификации волоконных линий, узлов, аренды волокна, обеспечивая высокую степень эффективности, безопасности, устойчивости и качества обслуживания соединений.

В системах CWDM, в соответствии с рекомендацией МСЭ G.694.2 следует использовать не более 18 несущих с шагом 20 нм: 1270, 1290, 1310 ... 1570, 1590, 1610, т.е. если общая требуемая ширина диапазона длин волн не превышает 340 нм. Следует учесть, что на краях такого широкого диапазона затухание достаточно велико, особенно в области коротких волн. Увеличить число каналов до 18 позволили так называемые волокна с нулевым водяным пиком (ZWPF, Zero Water Peak Fiber; LWPF, Low Water Peak Fiber), параметры которых определяет рекомендация ITU-T G.652.C/D. В волокнах данного типа устранен пик поглощения на длине волны 1383 нм и величина затухания на этой длине волны составляет порядка 0,31 дБ/км, что вполне приемлемо для систем CWDM.

Волокно G.653 оказалось непригодным для новой стремительно развивающейся технологии спектрального мультиплексирования WDM из-за нулевой дисперсии на 1550 нм, приводившей к резкому возрастанию искажений сигнала от четырехволнового смешения в этих системах. Наиболее приспособленным для плотного и высокоплотного WDM (DWDM и HDWDM) оказалось оптическое волокно G.655, а для разреженного WDM (CWDM) – недавно стандартизованное оптическое волокно G.656

Применение различных типов волокон

Создание волокон без «водяного пика», позволило использовать в системах связи все волны в диапазоне от 1260 до 1625 нм, – т.е. там, где кварцевое оптическое волокно обладает наибольшей прозрачностью.

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, предлагаемых Prointech™ являются:

Стоит обратить внимание на то, что мультиплексоры / демультиплексоры и CWDM SFP трансиверы работают в парах. Соответственно это оборудование Type I и Type II. Такая необходимость обусловлена тем, что каждый канал на разных концах имеет зеркальные значения по приему (RX) и передаче (Tx) т.к. сформирован из двух несущих (длин волн).

CWDM SFP трансиверы

SFP - Small Form Factor Pluggable является общепризнанным индустриальным форматом производства сменных трансиверов. Трансиверы SFP широко используются в активном сетевом оборудовании: маршрутизаторах, коммутаторах, медиаконверторах. Лазеры с распределенной обратной связью (DFB, Distributed Feedback), в случае использования в CWDM-системах, не требуют термической стабилизации, громоздких и сложных схем управления, являются малогабаритными, экономичными и имеют малую стоимость. Типичный DFB-лазер имеет температурную стабильность, что дает изменение генерируемой длины волны в пределах 6–8 нм в диапазоне температур 0–70OС. 
CWDM SFP трансиверы предназначены для формирования оптических CWDM сигналов «основной несущей» с 1270 по 1610нм (шаг 20нм). 
Каждый SFP CWDM трансивер работает по двум волокнам и, в отличие от стандартных двухволоконных трансиверов 1000Base LX на двух разных длинах волн – приемник по одной длине волны и передатчик по другой. 
Для образования канала данных в системе CWDM SFP трансиверы комплектуются «попарно» - Type I и Type II.

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.

В зависимости от поставленной задачи конфигурация CWDM мультиплексора/демультиплексора (Mux/Demux) определяется по следующим характеристикам:

Поставка Мультиплексоров возможна в следующих вариантах исполнения:

OADM модули

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

Основные свойства:

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 (см. далее топология «Точка с ответвлениями») в «одну сторону». Двухканальный OADM модуль имеет два приемо-передающих блока и способен работать «в две стороны» с двумя мультиплексорами / демультиплесорами (см. остальные варианты топологии).

Приемо-передающий блок одноканального OADM модуля имеет четыре интерфейса: 
Com1 порт – получает сигнал со стороны мультиплексора 
Express1 порт – передает сигнал дальше, на другие элементы CWDM системы 
Add1 порт – терминирует специфический CWDM канал от сети, 
Drop1 порт – добавляет канал в сеть. 
Ограничений по протоколам или ширине полосы такие устройства не имеют. 
Соответственно двухканальный OADM модуль обладает двумя дополнительными портами: Add2 и Drop2. 
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)

Поставка OADM модулей возможна в вариантах исполнения:

Типы решений

Точка - Точка

Многие сети крупных городов долгое время не модернизировались. 
Постоянное увеличение трафика приводит к тому, что почти не остается ресурсов для роста. Недостаточная пропускная способность сети («истощение волокон»), является той проблемой, которую операторы связи хотели бы разрешить незамедлительно. Добавление CWDM системы с топологией «точка-точка» в оптическую транспортную систему является простым и экономически выгодным решением проблемы нехватки волокон.

CWDM cистемы с подобной топологией наиболее характерны 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. При этом режиме работы 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.

При построении CWDM системы с топологией «Точка-Точка» необходимо использовать мультиплексоры / демультиплексоры Type I и Type II и к ним соответственно CWDM SFP трансиверы Type I и Type II

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»:

Достоинства CWDM системы

Информация взята с сайта prointech.ru

Все статьи »

Последние статьи: