Тенденции развития технологии WDM. Характеристика кольца с WDM

 

Первоначально несущие WDM использовались только для передачи трафика систем SDH. Системам WDM была уготована роль магистральных транспортных систем, работающих по схеме точка-точка. Однако каждая несущая в системах WDM принципиально могла передавать поток цифровых сигналов, сформированный по законам любой синхронной (для глобальных сетей) или асинхронной (для локальных сетей) технологии. Последнее объясняется тем, что она дает технологиям ЛВС физический уровень модели взаимодействия открытых систем OSI. В результате одна несущая может передавать АТМ или IP, или Ethernet трафик ЛВС, другая – трафик SDH или PDH глобальных сетей и т.д. Для этого нужно лишь промодулировать конкретную несущую WDM соответствующим сигналом, т.е. иметь соответствующий интерфейс на входе систем WDM, которые считаются прозрачными для внешнего модулирующего сигнала, обеспечивающими ему передачу через физический уровень в канал связи (среду передачи). Взаимодействие всех перечисленных технологий с транспортной технологией WDM можно описать с помощью некоторой наглядной многоуровневой модели.

Ранее модель взаимодействия технологий SDH/SONET, ATM и IP с WDM была рассмотрена в работе [1], но нуждается в коррекции, так как сейчас к указанным технологиям нужно добавить Ethernet. В этом случае, с учетом возможности переноса IP трафика с помощью ATM, модель принимает вид, представленный на рис.1. Она имеет четыре уровня, не считая оптической среды передачи. Из модели видно, что технология WDM обеспечивает технологиям ATM, Ethernet и IP физический интерфейс для выхода на физический уровень и далее в оптическую среду передачи.

Производители оборудования «старых глобальных технологий» SDH/SONET, желая продлить его моральный срок службы, также разработали все необходимые интерфейсы, используя свою альтернативу выхода на физический уровень и в среду передачи. Эта альтернатива основана на технике инкапсуляции ячеек АТМ или кадров/пакетов Ethernet и IP в виртуальные контейнеры SDH или виртуальные трибы SONET [1]. Данная техника в настоящее время объединена под общим названием MSPP (Multiservice Provisioning Platform) – платформа мультисервисного обеспечения. Она позволяет использовать одну сеть SDH/SONET для передачи разнородного трафика путем использования различных интерфейсных карт с мультисервисными протоколами и процедурами инкапсуляции такого трафика. Это продлевает жизнь технологиям SDH/SONET и увеличивает их конкурентоспособность по отношению к WDM, что важно, учитывая малую распространенность сетей WDM в России. Модель позволяет просмотреть и вариант двойного преобразования: (ATM, Ethernet и IP)®(SDH/SONET)®WDM, который повышает гибкость SDH в смешанных SDH-WDM сетях. Ясно, что при прочих равных условиях использование WDM имеет очевидные преимущества в передаче трафика ATM, Ethernet и IP, так как не требует инкапсуляции ячеек/кадров/пакетов в промежуточный модуль (STM/STS), что упрощает процедуру обработки трафика, уменьшает общую длину заголовков, повышая процент информационной составляющей трафика и эффективность передачи в целом. С точки зрения архитектурных решений системы WDM используют пока топологии «точка-точка» или «линейная цепь» для магистральной передачи. Такие системы имеют определенные стандартизованные конфигурации и оптические интерфейсы. Классификация этих интерфейсов была впервые приведена в рекомендации МСЭ G.692 [5]. Она сделана аналогично рекомендации МСЭ G.957 [8] для SDH и знаменовала собой этап становления WDM как самостоятельной технологии, а не магистрального транспортного придатка технологий SDH/SONET.

Системы WDM первоначально объединяли в одном ОВ две несущие – 1310 и 1550 нм (2 и 3 окон прозрачности), что удваивало емкость системы. Ряд исследователей называл такие системы широкополосными WDM (шаг по длине волны – 240 нм) в противовес узкополосным WDM (шаг в которых сначала был на порядок ниже, что давало возможность разместить в окне 1550 нм четыре канала). Такое деление систем на данный момент устарело. В настоящее время сформировалось новое понятие и класс широкополосных систем WDM, перекрывающих в смежных окнах прозрачности (3 и 4) полосу порядка 82 нм (1528-1610 нм). Этот класс используется системами так называемого плотного волнового мультиплексирования – DWDM. Однако действительно широкополосные системы уже сейчас могут перекрывать полосу 340 нм (1270-1610 нм), если используют ОВ компаний Corning или OFS (устраняющие пик поглощения «OH» в области 1383 нм). Эти системы, получившие название разреженных систем WDM, или CWDM, используют шаг между несущими 20 нм и разработаны для снижения стоимости систем WDM.

Несмотря на отсутствие полной взаимной совместимости оборудования разных производителей систем WDM, необходимо было с самого начала стандартизовать номинальный ряд несущих, сформировав так называемый «частотный план». Он играет для систем WDM ту же роль, что и цифровые иерархии PDH и SDH для одноименных систем, дает производителям ориентир на будущее, позволяет позиционировать уже существующие системы WDM. Эта задача в первом приближении была решена выпуском стандарта G.692 в редакции, датируемой 10.98 [5].

Технология WDM позволяет существенно увеличить пропускную способность канала (к 2003 году достигнута скорость 10,72 Тбит/с, а к 2009 — 15,5 Тбит/с), причем она позволяет использовать уже проложенные волоконно-оптические линии. Благодаря WDM удается организовать двустороннюю многоканальную передачу трафика по одному волокну (в обычных линиях используется пара волокон — для передачи в прямом и обратном направлениях).

Современные WDM системы на основе стандартного частотного плана (ITU-T Rec. G.692) можно подразделить на три группы:

-грубые WDM (Coarse WDM — CWDM) — системы с частотным разносом каналов не менее 200 ГГц, позволяющие мультиплексировать не более 18 каналов.(Используемые в настоящее время CWDM работают в полосе от 1270нм до 1610нм, промежуток между каналами 20нм (200Ghz), можно мультиплексировать 16 спектральных каналов.)

-плотные WDM (Dense WDM — DWDM) — системы с разносом каналов не менее 100 ГГц, позволяющие мультиплексировать не более 40 каналов.

-высокоплотные WDM (High Dense WDM — HDWDM) — системы с разносом каналов 50 ГГц и менее, позволяющие мультиплексировать не менее 64 каналов.

Частотный план для CWDM систем определяется стандартом ITU G.694.2. Область применения технологии CWDM — городские сети с расстоянием до 50 км. Достоинством этого вида WDM систем является низкая (по сравнению с остальными типами) стоимость оборудования вследствие меньших требований к компонентам.

Частотный план для DWDM систем определяется стандартом ITU G.694.1. Область применения — магистральные сети. Этот вид WDM систем предъявляет более высокие требования к компонентам, чем CWDM (ширина спектра источника излучения, температурная стабилизация источника и т. д.). Толчок к бурному развитию DWDM сетей дало появление недорогих и эффективных волоконных эрбиевых усилителей (EDFA), работающих в промежутке от 1525 до 1565 нм (третье окно прозрачности кварцевого волокна).

 

 

Определение количества длин волн, выбор оборудования WDM

В сети WDM также как и в SDH необходимо обеспечить защиту передаваемого трафика с помощью защиты SNCP/РП/1+1/2ОВ, ее описание приведено в 2.2.

Так же как и в SDH для определения типа WDM необходимо учесть существующий и новый трафик сети. С этой целью изобразим матрицу межузловых нагрузок и мультиплексный план.

 

Таблица 3.2.1 Матрица межузловых нагрузок

№СУ	СУП1	СУВ2	СУВ3	СУВ4	СУВ5	СУВ6	СУВ7	СУВ8	Все ПЦП
СУП1	х	STM-16 100М	STM-16 100М	STM-16 100М	STM-16 100М	STM-16 100М	STM-16 100М	STM-16 100М
СУВ2	-	х	STM-64	-	-	-	-	-
СУВ3	-	-	х	-	-	-	-	-
СУВ4	-	-	-	х	-	-	-	-
СУВ5	-	-	-	-	х	-	-	-
СУВ6	-	-	-	-	-	х	1GE	-
СУВ7	-	-	-	-	-	-	х	-
СУВ8	-	-	-	-	-	-	-	х	-
Сущ. трафик	-	-	-	-	-	-	-	-	STM-4
Всего	-	-	-	-	-	-	-	-

 

Для определения необходимого количества длин волн построим мультиплексный план кольца WDM (рис.3.2.1):

 

СУП1 СУВ2 СУВ3 СУВ4 СУВ5 СУВ6 СУВ7 СУВ8 СУП1

λ 1   λ 2     λ3   λ4   λ5   λ6   λ7   λ 8   λ9   λ 10   λ11   λ 12     λ13   λ14     λ15   λ16     λ17

STM-16     STM-1 6   STM-16   STM-16   STM-16   STM-16   STM-16   100M   100M   100M   100M     100M   100M     100M     STM-64   1G   STM-4

STM-16     STM-16   STM-16   STM-16   STM-16   STM-16   STM-16   100M   100M /T ZJoNZmdDdtvGf+94sseZ9+WZZ6r17AZ1pCn0ng2kywQUcePbnjsD72+Pi1tQISK3OHgmAz8UYF1f XlRYtv7Er3Tcxk4JhEOJBmyMY6l1aCw5DEs/Eku295PDKOPU6XbCk8DdoLMkWWmHPcsFiyM9WGq+ twcnlE22t/rr6TPvPnJHz5sXtH0w5vpqvr8DFWmO/2X40xd1qMVp5w/cBjUYWKRJKlUJshyUFFY3 WQFqJ4uiAF1X+vyD+hcAAP//AwBQSwECLQAUAAYACAAAACEAtoM4kv4AAADhAQAAEwAAAAAAAAAA AAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRfVHlwZXNdLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQA4/SH/1gAAAJQBAAAL AAAAAAAAAAAAAAAAAC8BAABfcmVscy8ucmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQD1RjF8egIAAMIEAAAO AAAAAAAAAAAAAAAAAC4CAABkcnMvZTJvRG9jLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQDANJLF3QAAAAkB AAAPAAAAAAAAAAAAAAAAANQEAABkcnMvZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABADzAAAA3gUAAAAA "> 100M   100M     100M   100M     100M     STM-64   1G   STM-4

STM-16     STM-16   STM-16   STM-16   STM-16   STM-16   STM-16   100M   100M   100M   100M     100M   100M     100M     STM-64   1G   STM-4

STM-16     STM-16   STM-16   STM-16   STM-16   STM-16   STM-16   100M   100M   100M   100M     100M   100M     100M     STM-64   1G   STM-4

STM-16     STM-16   STM-16   STM-16   STM-16   STM-16   STM-16   100M   100M   100M   100M     100M   100M     100M     STM-64   1G   STM-4

STM-16     STM-16   STM-16   STM-16   STM-16   STM-16   STM-16   100M   100M   100M   100M     100M   100M     100M     STM-64   1G   STM-4

STM16     STM-16   STM-16   STM-16   STM-16   STM-16   STM-16   100M   100M   100M   100M     100M   100M     100M     STM-64   1G   STM-4

17 λ

17 λ

17 λ

17 λ

17 λ

17 λ

17 λ

17 λ

 

Рисунок 3.2.1 –Мультиплексный план для WDM

Для определения необходимого оборудования и типа WDMнеобходимо определить требуемую ширину полосы частот. Определим полосу частот для каждого канала с учетом использования технологий SDH и Ethernet. Для расчета выбираем наибольшую скорость.

 

SMT-4=622 Мбит/с;

SMT-16=2,488 Гбит/с;

SMT-64=9,953 Гбит/с;

1GE = 1 Гбит/с.

Наиболее высокоскоростной и широкополосный является SMT-64, соответственно расчеты ведутся по данному типу сигнала. Используем код RZ.

Фактически занимаемая полоса частот определяется по формуле

, (2.1)

где =2 ; (2.2)

= 2 Вс; (2.3)

- увеличение полосы частот за счет конечной величины линии излучения;

- расширение спектра за счет температурного изменения оптического излучения.

+ =2 ГГц

Определим скорость сигнала:

 

 

Спектр немодулированного сигнала с использование линейного кода RZ составит 23,46 ГГц.

Для обеспечения заданной ширины и количества каналов необходимо выбрать оборудование. Выбираем по заданию оборудование 2 – ECI.

Для работы аппаратуры WDM необходимо перейти на длину волны 1550 нм уменьшив α∑ на 0,1 дБ,пересчитаем длнины регенерационного участка по затуханию:

 

 

и по дисперсии:

Для данной сети максимально возможная длина участка без регенераторов по дисперсии составляет 60,3 км, поэтому чтобы не ставить регенераторы на линии можно использовать более дорогой лазер с меньшей шириной спектральной линии лазерного излучения. Будем использовать лазер с =0,05 нм.

Пересчитаем длину регенерационного участка по дисперсии.

 

 

В этом случае нам на линии регенераторы не потребуются.

Так как при длине волны 1550 нм расстояние между соседними оптическими каналами не превышает 100 ГГц, то выбираем вариант 2.1 компании ECI при количестве ОК до 80.