Слайд 1 - Циклова комісія "Телекомунікаційні системи та мережі"

реклама
(Dense Wave Division Multiplexing)
(Щільне мультиплексування
з розділенням за довжиною хвилі)
DWDM (Dense Wave Division Multiplexing) — это современная технология
передачи и уплотнения в одном оптоволокне нескольких оптических сигналов с
различными длинами волн. DWDM-оборудование позволяет по одной паре
оптических волокон передавать на десятках и даже сотнях длин волн трафик
различных протоколов (SDH/ ATM/ IP) с разными скоростями.
Прежде всего, DWDM применяется не для создания новых волоконнооптических сетей, а для модернизации и расширения существующих сетей в
целях существенного повышения их пропускной способности и доступности.
Одно из основных достоинств технологии DWDM — быстрая окупаемость
вложенных операторами в ее внедрение средств и получение прибыли. Более
того, операторам нет необходимости прокладывать новые линии, что также
связано с дополнительными расходами и проблемами.
Ключевое преимущество DWDM в том, что протокол и скорость для каждого
канала — независимы. Сети на DWDM технологии могут передавать данные IP,
ATM, SONET /SDH и Ethernet со скоростями между 100 Мбит/сек. и 2.5 Гбит/сек.
Кроме того DWDM сети могут нести различные типы трафика с различными
скоростями по одному оптическому каналу.
SDH (Synchronous Digital Hierarchy) - технология синхронной
цифровой иерархии. Набор стандартов для обеспечения сопряжения
оптических сетей эксплуатационных телефонных компаний, а также
для сопряжения оборудования разных производителей (один из
немногих, имеющих отношение к телефонии).
SONET - это протокол для Северной Америки и Японии, а SDH определение для Европы. Разница между SONET и SDH небольшая.
SONET - synchronous optical network (стандарт передачи данных по
оптическим каналам связи) - стандарт на использование оптических
кабелей в качестве физической среды передачи данных для скоростных
сетей передачи на значительные расстояния. Базовая скорость SONET
составляет 51.84 Mbps и может быть увеличена до 2.5 Gbps.
Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 90-х
годов прошлого века, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet,
FDDI и Token ring.
Технология Ethernet была разработана вместе со многими первыми
проектами корпорации Xerox PARC. Общепринято, что Ethernet был
изобретён 22 мая 1973 года, когда Роберт Меткалф составил докладную
записку для главы PARC о потенциале технологии Ethernet. Но законное
право на технологию Меткалф получил через несколько лет. В 1976 году
он и его ассистент Дэвид Боггс издали брошюру под названием
«Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks.
Ethernet (от лат. aether — эфир) — пакетная технология компьютерных
сетей. Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и
электрические сигналы на физическом уровне, формат пакетов и
протоколы управления доступом к среде — на канальном уровне
модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы
802.3.
Меткалф ушёл из Xerox в 1979 году и основал компанию 3Com для
продвижения компьютеров и локальных вычислительных сетей (ЛВС).
Ему удалось убедить DEC, Intel и Xerox работать совместно и
разработать стандарт Ethernet (DIX).
Впервые этот стандарт был опубликован 30 сентября 1980 года. Он
начал соперничество с двумя крупными запатентованными
технологиями token ring и ARCNET, которые вскоре были похоронены
под накатывающимися волнами продукции Ethernet. В процессе борьбы
3Com стала основной компанией в этой отрасли.
В зависимости от скорости передачи данных и передающей среды
существует несколько вариантов технологии. Независимо от способа
передачи стек сетевого протокола и программы работают одинаково
практически во всех вариантах.
Транспортна волоконно-оптична мережа DWDM
Компанія «Датагруп» володіє міжміською волоконно-оптичною мережею, що має
загальну довжину 11,5 тис. кілометрів. Імовірне збільшення її довжини до кінця
2008 року — до 15 тис. км. На сьогодні в мережі діє 190 вузлів зв'язку, з'єднаних за
допомогою відмовостійкої топології. Точки підключення замовників працюють по
всіх обласних центрах.
Як опорна технологія у побудові мережі обрана DWDM. Транспортна технологія
DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing — технологія ущільнення з поділом
по щільності довжини хвилі) забезпечує під час передачі по одній оптичній парі
найбільшу швидкість серед інших використовуваних на сьогоднішній день у світі
технологій передачі. Висока швидкість забезпечується за рахунок застосування
мультиплексування по довжині хвилі, коли по одній оптичній парі передається
кілька незалежних потоків, кожний із яких перебуває у своєму оптичному діапазоні.
Мережа побудована на базі мультисервісних транспортних платформ Cisco ONS
15454 MSTP. Дане рішення є одним з найсучасніших у галузі.
До складу рішення входять мультиплексори оптичного вводу/виводу ROADM з
налаштовуваною конфігурацією. Такі мультиплексори дають можливість на одній
парі оптичних волокон утворити 32 віртуальних канали, кожний із яких може мати
швидкість передачі даних 2,5 або 10 Гбіт/c, залежно від модулів транспондерів,
установлених у мультиплексор.
Загалом, на сьогодні потенційна пропускна здатність мережі становить 320 Гбіт/с.
Максимальна пропускна здатність мережі в майбутньому буде визначатися
значенням 2560 Гбіт/сек.
Застосування технології DWDM дозволяє:
Розділити одну фізичну пару оптичних волокон на кілька «віртуальних»,
збільшуючи таким чином ефективність використання оптики;
На кожному «віртуальному» оптичному волокні запускати свій вид послуг, що не
перетинається з послугами, які працюють по інших «віртуальних» волокнах;
Запускати будь-яку наявну телекомунікаційну послугу, реалізовану на базі
існуючих технологій (MPLS, Frame Relay, TDM, SDH, IP, ATM тощо) без перебудови
опорної оптичної мережі й зупинки раніше запущених послуг;
Бути готовим до швидкого впровадження нових видів послуг (що перебувають на
стадії розробки) і розширювати ємність опорної оптичної мережі без її перебудови й
зупинки працюючих сервісів і послуг.
Мережа дає змогу надавати сучасні телекомунікаційні послуги операторам
зв'язку, інтернет-провайдерам і корпоративним клієнтам.
Основними перевагами мережі DWDM є:
Висока швидкість передачі;
Високе ущільнення оптичних волокон;
Можливість забезпечити 100% захист на основі кільцевої топології;
Використання будь-яких технологій канального рівня завдяки прозорості каналів
оптичних волокон;
Можливість простого нарощування каналів в оптичній магістралі.
DWDM – плотное спектральное
уплотнение
l1
l3
l5
l7
l1
l3
l5
l7
l2
Однонаправлена
l4
l 6 передача
l8
l2
l4
l6
l8
Двунаправлена
передача
Характеристика оптоволокна Затухання
10
Коефіціент затухання dB/км
1st вікно
2nd вікно
3rd вікно
Багатомод
Одномод
1
0.1
800
1000
1200
1400
1600
Довжина хвилі / nm
Rayleigh
scattering 1/l-4
Рекомендація ITU-T G.692
C-діапазон
Blue
Red
Довжин
а хвилі
l (nm)
1525
1530
1535
1540
L-діапазон
1545
ITU-T Рекомендація G.692
інт ервали :
lREF = 1552.52 нм
fREF = 193.1 ТГц
Dl = k x 0.8 нм
Df = k x 100 ГГц
1550
визначає
1555
1560
1565
несучі част от и т а
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: 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 DWDMоборудование, которое позволяет мультиплексировать в Сдиапазоне (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.
Спектральний діапазон DWDM
L
C
Голубий
1529nm


Red
1560nm
1575nm
1600nm
Spacing: Інт ервал між сусідніми
каналами в нм або ГГц
Рівномірне підсилення для всього діапазону
12
OSNR - Співвідношення
корисного сигналу до шуму
0
-5
-10
-15
dBm
-20
-15
-30
-15
-40
1530
1535
1540
1545
1550
Довжина хвилі l (nm)
1555
1560
Оптические усилители систем DWDM
Хотя погонные потери в современных волокнах и очень низкие — 0,2
дБ/км, тем не менее, через 100 км (а реально и менее) излучение даже
очень мощного 20 — 25 милливатного лазера ослабится до уровня ниже
порога чувствительности приемника. Дело в том, что, кроме погонных
потерь собственно материала волокна, есть еще потери в местах сварки
волокон, в оптических соединителях и разветвителях. Для строительства
более протяженных линий есть два пути: использование электронных
регенераторов (это преобразователи: излучение — электрический сигнал
— излучение) или применение усиления непосредственно оптического
сигнала. На начальном этапе развития ВОСПИ применялся первый
способ. Однако ему присущ недостаток, обусловленный тем, что, в
процессе двойного преобразования, в сигнале возникают
дополнительные ошибки. Но так как в то время использовались лазеры,
работающие в диапазонах 850 нм, а затем 1330 нм, в которых
оптических усилителей создать не удалось, приходилось с этим мириться.
Все изменилось после того, как удалось получить полупроводниковые
материалы, генерирующие в спектральном диапазоне 1550 нм. Хотя
выходная мощность таких лазеров была несколько меньше, чем у
лазеров на 1330 нм, однако и потери в волокне на этой длине волны
составляли не 0,4 дБ/км, а 0,22 дБ/км. А кроме того, было обнаружено,
что кварцевое волокно, легированное эрбием, является таким же
активным материалом, как и стекло с добавками неодима, которое
используется в мощных твердотельных лазерах.
Только генерирующий переход в эрбиевом волокне лежит в диапазоне
1550 нм, а не в 1060 нм, как у неодимового лазера. (Заметим, что
сейчас разработаны и полупроводниковые лазеры с рабочей длиной
волны 1060 нм).
Оптический усилитель — это, фактически, тоже лазер,
имеющий рабочее тело, систему накачки; правда, уровень
мощности накачки несколько ниже уровня суммарных потерь.
Т.е., такое устройство самостоятельно не излучает. Входное
излучение, попадая в активное вещество усилителя, вызывает
стимулированные переходы возбужденных атомов только
между уровнями, частота переходов которых резонансна
частоте входного сигнала. В волоконном усилителе резонатор
отсутствует, и усиление сигнала происходит за счет достаточно
длинного участка взаимодействия входного излучения с
возбужденным активным веществом. Для накачки активного
волокна используют обычно мощные полупроводниковые
лазеры, излучение которых через ответвители вводится в
активное волокно (рис).
Оптоволоконний
підсилювач (OFA)
Слабий
вхідний сигнал
1550 nm
Оптичний
ізолятор
980 nm
Лазер накачки
WDM coupler
Підсилений
вихідний сигнал
1550 nm
Оптичне
волокно
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 (retiming). Для передачи сигнала на сравнительно небольшие
расстояния, в пределах города или области, достаточно
использовать транспондеры с функцией 2R.
Багатоканальна система
передачі DWDM
Передатчик Мультиплексор
Tx
l1
Tx
Tx
Підсилювач
W
D
M
Tx
Демультиплексор Приймач
OFA
ln
Від 1530 до 1565 nm
l1
Підсилювач
OFA
Rx
Rx
W
D
M
Rx
ln
Rx
Можно выделить четыре основных узла
оборудования DWDM :
* оптический терминальный
мультиплексор (Optical Terminal
Multiplexer - OTM),
* регенератор (Regenerator - REG),
* оптический усилитель (Optical Line
Amplifier - OLA),
* оптический мультиплексор вводавывода (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 backto-back через транспондеры (см. рис. 3). Такая конфигурация
позволяет осуществить ввод-вывод всех оптических каналов.
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 вводвывод 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. OADMмультиплексор 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 OTMмультиплексором и регенератором - гораздо более низкая его
цена.
Формирование каналов DWDM
VC12
E1
PIO
DS3/ E3
PIO
VC3
STM-1/4/16/64
SIO
VC4
STM-1c/4c/16c
SIO
GbE, L1
ATM (IMA E1 to STM1)
VC4/VC3
FE /GbE_L2
EIS
GbE, L1
DIO
50Mbps - 2.7Gbps
TRP
Escon/ Ficon/
FC/ GbE
2 x FC/FICON/GbE
TRP
4c/4/3/1
коммутация
VC4
STM 64
цветной
VC4/VC3
STM-16
TRP
2.5Gbps перестраиваемый транспондер
2.5Gbps перестраиваемый транспондер
Combiner 2.7 Gbps (OTN)
Combiner 10.7 Gbps (OTN)
8 x FC/FICON/GbE or 4 x STM16
STM 16
цветной
VC4
DIO
ASM
SDH
матрица
DWDM/
CWDM
2, 4, 8,
16, 32,
40, 80,
и 160 к-лов
Ефективне використання ємності
DWDM каналів
Зведення каналів за допомогою об”єднувачів
(Combiner)
SDH комутація
Зведення на базі
об”єднувачів
STM-64
STM-16
GbE
STM-1
STM-4
nxGbE
nxSTM-4
nxSTM-16
nxGbE
TRP
TRP
TRP
SDH
Mux
Combiner
STM16/64
2.5G/
10G
DWDM
Прозора
передача
Діаграма OPM
Wavelength and Power on the eNM screen
Список каналів з OPM
Схема управління мережею SDH
Управляється
по OSC
Робоче
місце
Управляється
по OSC
Управляється
по OSC
Робочий
сервер
Управляєтьс
я по DCC
Управляється
по DCC
Управляється
по OSC
Резервний
сервер
FCD-E1
E1
CПД
або
мережа
SDH
Скачать