Слайд 1 - Циклова комісія "Телекомунікаційні системи та мережі"
advertisement
(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
