(Dense Wave Division Multiplexing) (Щільне мультиплексування з розділенням за довжиною хвилі) - презентация

1 (Dense Wave Division Multiplexing) (Щільне мультиплексування з розділенням за довжиною хвилі)

2 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 волоконно- оптических 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.

3 SDH (Synchronous Digital Hierarchy) - технология синхронной цифровой иерархии. Нобор 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 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 разроботана 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.

4 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 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 роботать совместно и разроботать 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 роботают одинаково практически во всех вариантах.

5 Транспортна волоконно-оптична мережа DWDM Компанія «Датагруп» володіє міжміською волоконно-оптическую 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 опор на технологія у побудові мережі охрана 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, кожный із яких перебуває у своєму оптичному діапазоні. Мережа побудована на базі мультисервісних транспортных платформ Cisco ONS MSTP. Дане рішення є одним з найсучасніших у галузі. До складу рішення входять мультиплексоры оптичного вводу/виводу ROADM з налаштовуваною конфігурацією. Такі мультиплексоры дають можливість на одній парі оптичних волокон утворити 32 віртуальних каналы, кожный із яких може мати швидкість передачі даних обо 2,5 обо 10 Гбіт/c, залежно від модулів транспондерів, установлених у мультиплексор. Транспортна волоконно-оптична мережа DWDM Компанія «Датагруп» володіє міжміською волоконно-оптическую 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 опор на технологія у побудові мережі охрана 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, кожный із яких перебуває у своєму оптичному діапазоні. Мережа побудована на базі мультисервісних транспортных платформ Cisco ONS MSTP. Дане рішення є одним з найсучасніших у галузі. До складу рішення входять мультиплексоры оптичного вводу/виводу ROADM з налаштовуваною конфігурацією. Такі мультиплексоры дають можливість на одній парі оптичних волокон утворити 32 віртуальних каналы, кожный із яких може мати швидкість передачі даних 2,5 обо 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.

6 Застосування технології DWDM дозволяє: Розділити одну фізичну пару оптичних волокон на кілька «віртуальних», збільшуючи таким чином ефективність використання оптики; На кожному «віртуальному» оптичному волокні запускать свій вид послуг, що не перетинається з послугами, які працюють по інших «віртуальних» волокнах; Запускати будь-яку наяву телекомунікаційну послугу, реалізовану на базі існуючих технологій (MPLS, Frame Relay, TDM, SDH, IP, ATM тощо) без перебудови опорної оптичної мережі й запинки 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 запинки працюючих сервісів і послуг. Мережа дає змогу надавати сучасні телекомунікаційні послуги операторам зв'язку, інтернет-провайдерам і корпоративным 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.

7 Однонаправлена передача DWDM – плотное спектральное уплотнение Двунаправлена передача

8 Коефіціент затухания dB/км Довжина хвилі / nm Багатомод Одномод Rayleigh scattering 1/ 1 st вікно 2 nd вікно 3 rd вікно Характеристика оптоволокна - Затухання

9 Рекомендація ITU-T G.692 Довжин а хвилі (nm) C-діапазонL-діапазон Blue Red ITU-T Рекомендація G.692 визначає несучі частоты та інтервали : REF = нм f REF = ТГц = k x 0.8 нм f = k x 100 ГГц

10 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 DWDM- оборудование, которое позволяет мультиплексировать в С- диапазоне ( 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 ( нм) максимальное число оптических каналов может достигать 160 при ширине канала 50 ГГц.

11 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 разроботаны 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.

12 12 Спектральний діапазон DWDM Голубий Red C L 1529nm 1560nm 1575nm 1600nm Рівномірне підсилення для всього діапазону Spacing: Інтервал між сусідніми каналами в нм обо ГГц

13 OSNR - Співвідношення корисного сигналу до шуму dBm Довжина хвилі (nm)

14 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 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, роботающие 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.

15 Только генерирующий переход в эрбиевом волокне лежит в диапазоне 1550 нм, а не в 1060 нм, как у неодимового лазера. (Заметим, что сейчас разроботаны и полупроводниковые лазеры с робочей длиной волны 1060 нм). Оптический усилитель это, фактически, тоже лазер, имеющий робочее 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).

16 Оптоволоконний підсилювач (OFA) Слабий вхідний сигнал 1550 nm WDM coupler Підсилений вихідний сигнал 1550 nm Оптичне волокно 980 nm Лазер накачки Оптичний ізолятор

17 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.

18 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.

19 Приймач RxRx RxRx RxRx RxRx 1 n Багатоканальна система передачі DWDM WDMWDM Від 1530 до 1565 nm 1 n Мультиплексор OFA Підсилювач WDMWDM Демультиплексор OFA Підсилювач TxTx TxTx TxTx TxTx Передатчик

20 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 ввода- вывода (Optical Add Drop Multiplexer - OADM).

21 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.

22 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.

23 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 роботает как усилитель. Основное преимущество такого мультиплексора по сравнению с OTM- мультиплексором и регенератором - гораздо более низкая его цена.

24 Формирование каналов DWDM SDH матрица 4c/4/3/1 коммутация PIO E1VC12 PIO DS3/ E3 VC3 SIO STM-1/4/16/64VC4 SIO STM-1c/4c/16cVC4 ASM ATM (IMA E1 to STM1) VC4 STM 16 цветной STM 64 цветной 50Mbps - 2.7Gbps TRP 2.5Gbps перестраиваемый транспондер DIO GbE, L1 STM-16TRP 2 x FC/FICON/GbE Combiner 2.7 Gbps (OTN) 8 x FC/FICON/GbE or 4 x STM16 Combiner 10.7 Gbps (OTN) DIO GbE, L1 VC4/VC3 EIS FE /GbE_L2 VC4/VC3 TRP Escon/ Ficon/ FC/ GbE FC/ GbE 2.5Gbps перестраиваемый транспондер DWDM/CWDM 2, 4, 8, 16, 32, 40, 80, и 160 к-лов

25 Ефективне використання ємності DWDM каналів Зведення каналів за допомогою обєднувачів (Combiner) DWDM STM-64 STM-16 GbE TRP STM-1 STM-4 nxGbE SDH Mux STM- 16/64 nxSTM-4 nxSTM-16 nxGbE Com- biner 2.5G/ 10G Прозора передача SDH комутація Зведення на базі обєднувачів

26 Wavelength and Power on the eNM screen Діаграма OPM

27 Список каналів з OPM

28 Схема управління мережею SDH Ethernet Робоче місце Робочий сервер CПД обо мережа SDH E1 FCD-E1 Ethernet Резервний сервер Управляється по OSC Управляється по DCC Управляється по OSC