Введение в DWDM

В данной статье сделаю достаточно большое введение , в силу того что для обзора данного вопроса необходима та самая минимальная база (которая и будет фундаментом для понимая данной темы) . И так вообщем о СКС если говорить в масштабах страны или континентов , попутно всплывают следующие вопросы ,от которых в мире капитализма увы не уйти :

  1. — Высокая стоимость строительства, которая является неизбежным следствием избыточности и универсальности.
  2. — Подмена понятий качества среды передачи данных в сети удобством обслуживания и хорошим внешним видом.
  3. — Высокая скорость смены технологий, делающая бессмысленным расточительством долгосрочные гарантии работоспособности.

А вообщем по большому счету , потребителю на многие весчи плевать , сейчас для него на первое местовы выходит вопрос стоимости  или «выгода» — что это ему даст и сколько для него это будет стоить . И при этом мало кто из даже гигантов согласится размазать свою прибыть на 20 -40 лет  (всем как бы надо все и сразу) . WDM — это спектральное уплотнение .

Так же есть существенная дыра в оценке качества — как это делать и как можно к примеру сравнить корову и собаку  , для многих остается загадкой  (но тем не менее людям нраввятся когда ,что то сравнивают)

 

Так же не малую роль играет долговечность технологии ,в том числе я имею ввиду взаимозвменяемость .

Ниже представленны пачкорды и конекторы Cat 7  (7й категории , сразу оговорюсь что они стоят не 3 копейки — как к примеру 5я или 6я категория)

И если только себе представить  , во сколько это выльеться для компании — а финансовом и инженерном смысле  (я имею ввиду , что нужны еще и инженеры которые будут все это дело обслуживать , инструмент и т.д) ,  в общем думаю что всю сложность вопроса я открыл .

Теперь плавно перейдем к оптическим системам и технологиям , придуманы они были достаточно давно (несколько десятков лет назад , соответственно обкатку временем они уже прошли , что не мало важно 🙂  . Существует одномодовые и многомодовые волокна  — разница  у них по типу конструкции , а точней по размеру сердцевины . Стоит отметить так как волокно ММ (мультимод) в портора — два раза дороже чем SM (одномод) — мультимод постепенно вытесняется , а технология WDM вообще ставит крест на ММ (мультимоде)

FC

 

Ниже (слева) предствлены FC разьемы — они имеют железный корпус с резьбой (как правило часто используются операторами связи)

Справа же представленны разьемы LC — тут все то же самое только другие более компактные разьемы (из за этих разьемов можно увеличить плотность монтажа)

WDM

 

В целом оптическая среда передачи данных это передача светового импульса (типа импульс есть это 1 , если импульса нет это  0 ), длинна волны света (так же известна как частота) может быть практически любой — от 670 нм до 1550 нм.

C конце 20 века и начале 21 века , оптический путь развития повел в сторону — интегральны оптических технологий . Приходящий сигнал проходит через волновод- пластину и распределяется по множеству волноводов . Так как длины волноводов отличаются друг от друга на фиксированную величину, потоки проходят разный по длине путь. Физически это практически не отличается от обычной дифракционной решетки (то есть равное расстояние + длинна волны).

 

Для первых вариантов мультиплексирования применялись две стандартные длины волны 1310 нм и 1550 нм. Большое «расстояние» (240 нм) позволяет реализацию без каких-либо специальных фильтров. Поэтому смысл данной технологии весьма прост — для создания канала в классическом решении используется два волокна (к одному подключен излучатель, а другому — приемник, в противоположной стороны линии — наоборот). В схеме WDM (Bi-Directional) — достаточно одного волокна.

Приемник и передатчик смонтированы в одном моноблочном модуле. Но передатчик находится по оси устройства, а приемник — сбоку.

Так как это произошло в последние несколько лет (до этого WDM был слишком дорог), в большинстве учебников и пособий эта технология просто не упоминается. Однако, использовать при строительстве сети старые двухволоконные решения — совершенно недопустимо.

CWDM — грубое спектральное уплотнение каналов. Системы WDM — это системы, которые используют меньше восьми активных длин волн в одном волокне.

DWDM — плотное спектральное уплотнение каналов. Системы WDM — это системы, которые используют более восьми активных длин волн в одном волокне.

 

 DWDM

«Плотные» WDM (Dense WDM — DWDM) — системы с разносом каналов не менее 100 ГГц (или 0,8 нм), позволяющие мультиплексировать не более 32- 64 каналов. Частотный план для DWDM систем определяется стандартом ITU G.694.1, его можно видеть на следующей иллюстрации:

Поэтому, область применения — магистральные сети, для инфраструктуры масштаба города это пока слишком дорого.

 

Дальность работы и тип волокна

По рабочему расстоянию удобно свести стандарты в следующую таблицу:

 

Стандарт LAN Тип волокна Бюджет, Дб Дальность, м Длина волны, нм Тип излучателя Стандарт WAN
10GBASE-SR ММ, сердечник 62нм 26 850нм VCSEL 10GBASE-SW
ММ, сердечник 50нм 82 850нм VCSEL
ММ, с улучшенным DMD 300 850нм VCSEL
10GBASE-LX4 MM 300 1310нм 4*DFB неприменим
SM 9,4 10 000 1310нм 4*DFB
10GBASE-LR SM 9,4 10 000 1310нм DFB 10GBASE-LR
10GBASE-ER SM 15 40 000 1550нм EML 10GBASE-ER
10GBASE-ZR SM 23 80 000 1550нм EML не IEEE
10GBASE-LXM MM 300 1310нм DFB с EDC неприменим

Цветом выделены стандарты, наиболее актуальные для Ethernet-провайдеров.

 

Немного стоит поговорить о модулях , существуют производители Xenpak — применяют их не сильно активно (они сильн греются ) поэтому более предпочтительней берут X2 и XFP  , ниже представленны картинки :

Сейчас наимболее распространение получаеют SFP+ модули … они по форм-фактору они ни чем не отлечимы от обычных 1G модулей (но фиксируемся повышенная температура) .

 

Имеются три легко-доступные и простые для установки и использования технологии спектрального уплотнения или мультиплексирования с разделением по длинам волн

 

  •  — 2-канальный WDM;
  •  — грубое спектральное мультиплексирование (CWDM);
  •  — плотное спектральное уплотнение (DWDM).

 

WDM — nехнология для добавления двух или более оптических сигналов с разными длинами волн, передающихся одновременно по одному волокну и разделяемых на дальнем конце по длинам волн. Наиболее типичные приложения (2- канальный WDM) комбинируют длины волн 1310 нм и 1550 нм в одном волокне.

 

CWDM — технология для объединения до 18 ITU длин волн и передаче их одновременно в одном волокне с последующим разделением на дальнем конце. Стандарт ITU для CWDM определяет 18 каналов от 1271 нм до 1611 нм с расстоянием между соседними каналами в 20 нм.

DWDM — технология для объединения до 160 длин волн, передаче их одновременно в одном волокне с последующим разделением на дальнем конце. DWDM использует расстояния между длинами волн вплоть до 25ГГц и требует применение лазеров с очень строгими допусками и стабильностью излучения. Полоса длин волн DWDM занимает округленно от 1530 нм до 1565 нм. В этой же полосе работают легированные эрбием усилители оптического сигнала (EDFA).

 

В чем основное различие между приложениями WDM, CWDM & DWDM?

В большинстве случаев, WDM наиболее экономичное решение при нехватке волокна в кабеле, дающее выигрыш волокна 2 к 1 или 3 к 1 за счет объединения длин волн 1310 нм, 1550 нм и 1490 нм в одном волокне. В случае, когда требуется больше каналов для расширения емкости существующей волоконно-оптической инфраструктуры, CWDM обеспечивает эффективное решение для оптических пролетов небольшой длины (до 80 км). За невысокую стоимость CWDM может обеспечить увеличение емкости существующего волокна 18 к 1. С текущими характеристиками потерь оптического сигнала в окнах прозрачности 1310 нм и 1490 нм приложения WDM и CWDM наилучшим образом подходят для коротких расстояний. Там где требуется высокая емкость или передача на большие расстояния, решения DWDM — предпочтительный метод для увеличения емкости волокна. С ее высоко-точными лазерами, оптимизированными для работы в окне 1550 нм (для уменьшения потерь), системы DWDM являются идеальным решением для более требовательных сетей. Системы DWDM могут использовать EDFA для усиления всех длин волн в DWDM окне и увеличение длины передачи до 500 км.

Какие преимущества каждой из этих трех WDM технологий?

Двух-канальный WDM (и трех канальный) может быть использован для быстрого и простого добавления дополнительной (или двух дополнительных) длин волн. Он очень прост для установки и подключения и очень недорогой.

CWDM может просто и быстро добавить до 18 дополнительных длин волн на стандартизованных ITU частотах. Она идеальна для сетей умеренных размеров с поперечными размерами до 100 км. Так как расстояния между длинами волн составляет 20 нм, то менее дорогие лазеры могут использоваться, что обеспечивает очень низкую стоимость для решений с умеренной емкостью.

DWDM предлагает высоко-емкие и дальнобойные решения для участков ВОЛС с высоким ростом потребностей в волокне и где необходима передача на большие расстояния. Системы DWDM могут быть развернуты за относительно низкую начальную стоимость и каналы (длины волн) легко добавляются по мере роста. Усилители EDFA вместе с компенсаторами дисперсии могут увеличить дальность систем до нескольких тысяч километров.

Какие ограничения каждой из этих технологий?

Двух (или трех) канальная WDM ограничена одним или двумя каналами, которые могут быть добавлены к каналу 1310 нм. Дальность системы обычно ограничена потерями в канале 1310 нм.

Системы CWDM, хотя и являются многоканальными, но не имеют никаких механизмов оптического усиления и ограничения в дальности определяются по каналу с максимальным затуханием. Более того, каналы из области от 1360нм до 1440 нм могут испытывать наибольшее затухание (от 1 до 2 dB/км) из-за водяного пика в этой области для некоторых типов оптического кабеля.

Системы DWDM обычно ограничены по дальности 4-5 участками усиления из-за шумов усиленного спонтанного излучения (ASE, Amplified Spontaneous Emissions) в EDFA. Имеются средства моделирования, позволяющие точно определить сколько EDFA может быть установлено. На длинных участках (> 120 км) может создавать проблемы дисперсия, что требует установки модулей компенсации дисперсии. Полоса DWDM ограничена длинами волн в пределах от 1530 нм до 1565 нм диапазоном усиления EDFA.

 

Что такое Reach Extension (увеличение дальности) и как я могу это использовать?

Увеличение дальности (Reach extension) — общепринятый термин для усиления или воссоздания сигнала, чтобы позволить ему пройти большую дистанцию. Из-за аналоговой природы передачи, оптический сигнал, когда передается через оптическое соединение, деградирует из-за дисперсии, потери мощности, перекрестных помех и нелинейных эффектов в волокне и оптических компонентах. Для борьбы с этими нежелательными эффектами используется два распространенных подхода: Регенерация и Усиление. Регенерация — воссоздание сигнала путем конвертирования оптического сигнала к электрическому сигналу, его обработка и затем конвертирование обратно к оптическому сигналу. Усиление — увеличение амплитуды (мощности dB) оптического сигнала без конвертирования к электрическому сигналу — если говорить своими словами это никих HUB  по аналогии с Ethernet. Более подробную информацию можно взять тут .

 

DWDM по своей сути очень требователен к качеству канала , к примеру для него уже быдет плохо обратное отражение  менее -40   -50  , так же очень важно тип коннектора (PC , UPC  , APC ) .

У этих переходников разные требовария к типу полировки коннектора , у PC они самая плохая  .

 

Теперь не много из практического опыта  :

И так мне довелось поработать с аппаратным    Cisco DWDM MUX\DEMUX  16 ти  портовым  , и так у него есть UPLINK порт ,  через который и стыкуются 2 DWDM и в котором мультиплексируются все наши 16 каналов \ 16 частот .

 

Так же стоит немного подчеркнуть роль переходников для X2 слотов под обычные SFP/SFP+ модули , эти же переходники могут иметь разные прошивки — которые в свою очередь (так как это переходники) могут иметь разный предел затухания (тем самым и SFP модули могут определяться в зависимости от переходника как LR или ZR  — а дальность работы у этих модулей совершенно разные)