DWDM
DWDM就是所谓密集波分复用(Dense Wavelength Division Multiplexing)技术,指的是一种光纤数据传输技术,这一技术利用激光的波长按照比特位并行传输或者字符串行传输方式在光纤内传送数据。
随着快速网际接取(Internet Access)、视讯(Video)等电信服务之宽频化,使主干(Backbone)网路之传输容量亦须随之提升。目前,商用SDH STM-16 (2.5 Gb/s)系统,在未来将有容量匮乏之虞,因此不少厂家企图将SDH传输系统容量提升至10 Gb/s (STM-64),若要将SDH传输系统容量再提升至40 Gb/s(STM-256),仍有待半导体技术之突破。由于半导体雷射、光放大器、光滤波器等光元件技术日趋成熟,使得DWDM技术蓬勃发展,DWDM除了避开高速TDM传输带来的问题外也改善现有光纤缺乏现象,并提供大容量、多样化之宽频服务,可使网路经营者在有效成本下,将传输频宽提升至16、32、64甚至128倍。这些技术之发展,将主导主干网路架构之未来趋势。
电网路演进至光网路
DWDM技术奠定了由电网路演进至光网路之基础,传统的电网路(Electronic Networking) 无法直接在光层(Optical Layer)进行多工(multiplexing)、切换(switching)、或路由改接(routing)等动作,在网路节点需使用光电转换设备将光信号转换为电信号再将电信号转回光信号,如此一来总体传输速率会因使用光电转换设备而受到限制,无法将光纤与生俱来无限频宽的潜力好好发挥。
以DWDM为机制之光网路可直接在光层作信号之运作来解决上述问题,因此克服了传统传输瓶颈而带来了”Virtual fibre”的观念,将既有光纤作最有效率的利用。
网路多样化的服务
DWDM和传送速率(Bite Rate)及规约(Protocols)无关,也就是说可提供和服务形式完全无关的传送网路,例如:一个对传送速率及规约完全透通(Transparent)的DWDM网路可和ATM、IP、SDH等信号介接,提供网路多样化的服务。
降低成本、提升服务品质
由于在光层进行信号的指配或调度,相较于传统上在电层的频宽调度来的更简单而有效率,可减少费用支出。另外在网路上光纤被切断(cable cut)或光信号故障时,可在光层进行信号保护切换或网路路由回复 (Restoration)的动作,相对于传统上在电层作回复的动作其切换时间较短,使网路之可用度(availability)提高而改善服务品质。
提升传输距离及增加网路容量
高速之STM-64 TDM (Time Division Multiplexing) 传输上的最大问题在于光纤的分散(Dispersion) 现象严重,对于传送之光信号会产生劣化效应,因此,若不使用电子式再生器或其他补偿技巧 ,理论上STM-64信号可在G.652光纤内传送约60公里。若以8个波长的DWDM技术传送,每个波长为2.5Gb/s之信号,其传输容量可为20 Gb/s,其传输距离可达600公里以上而不需电子式再生器,而需要光放大器。
STM-64的多工对于支流信号(Tributary)的频率与格式,通常都有一定的限制,而DWDM的多工几乎完全不设限,PDH、ATM、SDH、及IP等任何信号格式皆可输入,增加网路传输之弹性。若未来光塞取多工机 (Optical Add-Drop Multiplexer ,OADM)及光交接机(Optical Cross-Connect, OXC)的问世,可直接以光波长为交接单位,免除O/E/O的转换步骤,可提升网路调度的效率。在解决与日俱增的用户频宽需求及提升网路容量之方案中,DWDM在技术上提供了不同之选择。
可伸缩的DWDM系统在促使服务供应商满足消费者日益增长的带宽需求这一领域所具有的重要性。DWDM是光纤网络的重要组成部分,它可以让IP协议、ATM和同步光纤网络/同步数字序列(SONET/SDH)协议下承载的电子邮件、视频、多媒体、数据和语音等数据都通过统一的光纤层传输。
1. 当前通信网络所面临的问题
为了理解DWDM和光网互联的重要性,我们就必须在通信产业、特别是服务供应商当前面临何种问题这一大前提下来讨论DWDM技术所带来的强大功能。我们知道,在网络的设计和建设时期,工程设计人员必须对网络未来的带宽需求作出合理的估计。目前,美国等地区铺设的大多数网络对带宽的需求估计都是来源于古典的工程公式概算,比如泊松(Poisson)概率分布模型等。结果呢,网络所需带宽量的估测值通常按照某种统计假设条件给出,比如,一般认为个人在通常的情况下,在一个小时之内只会使用6分钟的网络带宽。然而,这一数学模型并没有考虑到由于Internet接入(这一业务的数据流量的年增长率是300%)、传真、多条电话线路、调制解调器、电话会议、数据和视频传输等业务而产生的数据流量。如果考虑到这些因素,网络带宽的用户使用模型就和现有的设计初期估计大大不同了。实际上,在今天的日常生活中,许多人平均使用网络带宽的时间是180分钟甚至超过1个小时!
2. 解决带宽危机
面对以上三个问题:日益增长的服务需求、光缆余量用尽、统一的层次型带宽管理。服务供应商必须找到一条在经济上可行的解决方案。降低光缆耗用率的一个显而易见的措施就是铺设更多的光缆,对那些铺设新光缆的成本可以保持最低的网络来说,这一措施可以证明是最为经济的解决方案。但是,铺设新光缆却并不能促使服务供应商一定能提供新型服务,或者也不能让运营商们获得光传输层带宽的统一管理能力。
3. 容量扩充和灵活性:DWDM
服务供应商还可以选择的第三种方式就是密集波分复用——DWDM技术。DWDM首先把引入的光信号分配给特定频带内的指定频率(波长,lambda),然后把信号复用到一根光纤中去,采用这种方式就可以大大增加已铺设光缆的带宽。由于引入(incoming)信号并不在光层终止,接口的速率和格式就可以保持独立,这样就允许服务供应商把DWDM技术和网络中现有的设备集成起来,同时又获得了现有铺设光缆中没有得以利用的大量带宽。
4. 容量扩充潜能
采用DWDM,服务供应商可以建立一种“随心所欲增长带宽”的网络,可以让他们增加当前和未来新一代TDM系统以实现事实上无休止的网络扩张。DWDM还可以让服务供应商灵活地扩充其网络中的任意部分,这是任何其他技术所不能提供的绝对优势。运营商还可以籍此解决因为高带宽需求而产生网络拥塞地区的带宽问题。在两节点之间存在多环交叉而产生光纤冗余的地区,该技术大有用武之地。
5. DWDM增量性增长
DWDM网络设计目标是:为急于解决用户日益增长的带宽需求问题的服务供应商提供漂亮的网络拓展方案。由于DWDM网络可以实现必要的容量扩张能力,所以,铺设该技术下的基础网络可以视为解决以上问题的最佳解决方案。对DWDM采用增量增长步骤,服务供应商就有可能在部署长期运营的网络同时减低其初始成本。
6. 光层作为承载层
光网除了能提供巨大的带宽容量以外,光层还是运营商把自己现有的多种通信技术融合为统一物理网络的唯一方式。DWDM系统在同一根光纤上具备速率可调、传输数据格式无关等特性,同时还可以接受任何接口速率的组合形式(例如,同步、异步、OC–3、–12、–48或者–192)。如果某家运营商同时运营ATM和SONET网络,那么ATM信号就不必复用到DWDM 网络承载的SONET速率。由于光层无需额外的复用即可承载信号,运营商籍此可以很快地在网络中引入ATM或者IP数据而无需重复部署网络。光网互联还有一个重要的优点:在光网这条公路上,任何类型的货车都可以在上面跑。
7. DWDM系统关键特性
可接受的理想DWDM系统应该具备某些共有的关键特性。任何DWDM系统都应该具备这些特性以便运营商意识到该技术的巨大潜能。以下的问题有助于确定某个具体的DWDM系统是否符合要求。
DWDM的相关设备有下列几种:
(1) 光放大器,(2) DWDM终端机,(3) 光塞取多工机,(4) 光交接机。
兹将DWDM 相关设备之主要功能叙述如下:
光放大器
具有光信号格式与位元速率之透通性,运作于1550 nm区域有相当高之增益、高光输出功率及低杂讯指数,光放大器依据不同应用有下列三种:
光功率放大器 (Booster Amplifier, BA)
光前置放大器 (Pre-Amplifier, PA)
光线路放大器 (Line Amplifier, LA)
目前应用于多波长DWDM系统之光放大器大部分是掺铒光纤放大器(Erbium-Doped Fiber Amplifier, EDFA)其主要组成包含一段掺铒光纤、帮浦雷射(Pump Laser)及DWDM组件(用来混合传输光信号及帮浦光输出)。EDFA直接放大1550 nm区域无需使用电子式再生器,可在相当大之波长范围内提供平坦增益,亦即单一EDFA能同时提供多个波长通路之增益,已取代大部分之再生器应用,成为长途光纤网路之构成部分。
DWDM 终端机
DWDM 终端机配合光放大器可应用于光传输网路 ,在传送端可接受多个波长之光信号输入,并转换成符合ITU-T G.692固定波长之光信号,经多工混合、光放大后传至光传送网路,在接收端可接收来自光传送网路之信号,经光前置放大、解多工、及光滤波器后输出。
DWDM 终端机有下列两种型式:
(1) 开放式系统(Open System):通常称为转频式(transponder-based) DWDM,在SDH及DWDM设备间有转频器,可介接不同厂家的SDH设备。
(2) 整合式系统(Integrated System):通常称为被动式(passived) DWDM,SDH设备已具有ITU-T G.692之介面功能。
开放式系统和整合式系统之优缺点之比较如下表1 所示
| 开放式系统 | 整合式系统 | |
| 优点 | 可介接多样式的传输信号格式 (如:PDH, SDH etc…)支援不同厂家(Multivendor)的SDH设备 | SDH和DWDM功能整合一起设备费用较低,和既存的SDH网管容易整合 |
| 缺点 | 因需装设转频器设备价钱较高,和既存的SDH网管系统不易整合 | 不能介接多样式的传输信号格式(如:PDH, SDH etc…),只适合某一特定的SDH厂家 |
光塞取多工机 (Optical Add-Drop Multiplexer, OADM)
XX光塞取多工机 (Optical Add-Drop Multiplexer ,OADM),可以在一个光传输网路之中间站塞入或取出个别的波长通道。一般而言,它是置于两个DWDM终端机之间来代替某一光放大器,目前大部份厂家已研制出固定型光塞取多工机,它对于要塞入或取出的波道必须事先设定,至于另一种称为可任意设定之光塞取多工机,则可藉由外部指令对于要塞入或取出的波道作任意的指配。
光交接机(Optical Cross-Connect, OXC)
在电信网路中使用于DWDM波长愈来愈多时,对于这些波道须作弹性之调度或路由之改接,此时必须藉由光交接机 ,来完成此项功能,通常它可置于网路上重要的汇接点,在其输入端可接收不同波长信号,经由光交接机将它们指配到任一输出端,光交接机在连接至DWDM光纤时有以下三种切换方式:
(1) 光纤切换 (Fiber switching):可连接任一输入光纤到任一输出光纤,但不会改变光纤内之波长。
(2) 波长切换 (Wavelength switching):同一输入光纤内之多个波长,可分别交接至不同输出光纤,较有弹性。
(3) 波长转换 (Wavelength conversion):不同输入光纤内之相同波长,经转换后可以不同波长汇入同一输出光纤。
[1] 教程在线 http://www.host01.com/article/server/fddi/0662601465641553.htm
[2] 豆豆网 http://tech.ddvip.com/2006-12/116567983214023.html
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