Источник: LIGHTWAVE russian edition №3 2004 с. 18-20
Целый ряд признаков свидетельствует о росте расходов на развитие сетей доступа как в государственном, так и в частном секторе [1] (в США. – Прим. ред.). Именно их роль становится наиболее важной сегодня в создании сетевой инфраструктуры. Важнейшим стимулом развития сетей доступа является продолжающийся экспоненциальный рост трафика Интернет, который ежегодно удваивается и достигнет, по прогнозам компании IDC, уровня 5175 Пбит/день в 2007 году [2]. Инфраструктура сетей доступа и городских сетей представляет собой наиболее быстро растущий и вместе с тем наиболее сложный сегмент из-за разнообразия протоколов и используемых архитектур. Спектральное мультиплексирование каналов (WDM) показало себя наиболее мощной технологией (используемой для этого сегмента сетей), предлагающей конкурентоспособные решения для широкополосных приложений. Сети на основе WDM не зависят от скорости передачи и протоколов. Это значит, что они могут одновременно передавать различные типы трафика с различными скоростями – наиболее важное требование к городским сетям. Технология WDM позволяет использовать также все преимущества систем SONET/SDH следующего поколения. Обе технологии: CWDM и DWDM – имеют свою нишу в текущей и нарождающейся архитектуре городских сетей. Когда эти технологии используются в комбинации с соответствующим оптическим волокном, то снижение стоимости системы в целом, оказывается значительным. Соответствующее специфике городских сетей оптическое волокно, такое, как волокно с нулевым водяным пиком (ZWPF) и волокно с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSF), могут значительно усилить преимущества WDM.
Первоначально для рынка городских сетей приоритет отдавался технологии DWDM, так как она уже использовалась в дальней связи. Поскольку в дальней связи требуется применение эрбиевых усилителей (EDFA) для компенсации потерь, то цель была в том, чтобы вместить как можно больше каналов в рабочую часть спектра EDFA. Это приводит к необходимости применять достаточно узкие фильтры мультиплексирования/демультиплексирования для обеспечения шага сетки каналов 200 ГГц или меньше и точно настраиваемые лазеры. Чтобы исключить выход длины волны излучения за границы рабочих диапазонов, требуется термостабилизация полупроводниковых лазеров. Дополнительные расходы, связанные с необходимостью использования термостабилизированных лазеров, недопустимы для коротких городских сетей. В городских сетях оптические усилители вообще не нужны при использовании коротких пролетов, следовательно, сетка каналов WDM не ограничена одним спектральным диапазоном. Свобода в использовании оптического спектра позволяет применять разреженную сетку каналов, которая соответствует системам CWDM (с шагом каналов 20 нм) и основана на рекомендации ITU-T G.694.2. Широкорасполо женные каналы позволяют исключить дополнительные затраты, связанные с необходимостью термостабилизации рабочих длин волн. При этом использование CWDM совместно с ZWPF обеспечивает передачу 16 каналов на расстояние до 75 км без усилителя [3]. Использование менее дорогих компонентов в системах CWDM позволяет экономить от 30 до 65% по сравнению со стоимостью DWDM-систем [4].
Рассмотрим влияние типа оптического волокна на характеристики сети связи. Сейчас не так уж дорого использовать оптический кабель со специальными волокнами, которые могут быть применены для будущих приложений. Проектная стоимость,
а также цена, заплаченная за «право прохода» и собственно прокладку кабеля,весьма значительны в городских условиях
и в густонаселенных районах, что увеличивает общую стоимость строительства сети.
Большинство аналитиков указывают, что
стоимость оптического волокна в кабеле
составляет небольшую долю (порядка
2-5%) от общей стоимости системы связи.
Поэтому имеет смысл продуманно и гибко
подходить к выбору типа волокна для использования в сетях доступа.
Некоторые ключевые требования к волокну
для городских сетей, должны включать:
• поддержку стандартных систем
SONET/SDH на длине волны 1310 нм, а также транспорт Ethernet и их совместную работу в диапазоне скоростей от 10 Мбит/с до
10 Гбит/с;
• поддержку систем DWDM на длине волны
1550 нм;
• поддержку 16-канальных систем CWDM
(обычное одномодовое волокно (SMF) позволяет, как правило, передавать 8 каналов
в полосах S, C и L);
• возможность приспособиться ко множеству решений сетевого доступа, таким, как
FTTH-PON (пассивные оптические сети) с
расширенной полосой [5].
Волокно типа ZWPF стало практически новым стандартным волокном, потому что оно удовлетворяет всем вышеперечисленным требованиям при конкурентоспособной цене по сравнению с SMF. С технической точки зрения наиболее трудно удовлетворить требованию поддержки 16-канальной системы CWDM, разработанной для полного использования допустимого оптического спектра. Более высокие потери на затухание коротковолновых каналов – одна из причин того, почему системы CWDM, как правило, максимально используют в диапазоне длин волн 1310–1610 нм. Системы CWDM, использующие полный спектр, трудно применять для работы на обычном стандартном волокне SMF. Из-за гидроксильного пика фактически исключается область 1400 нм из использования для большинства сетевых приложений (см. рис. 1). Волокно G.652.C/D имеет ту же дисперсию, что и обычное одномодовое волокно G.652. Каналы систем CWDM, указанные в спецификации ITU-T G.694.2, перекрываются; те, которые окрашены красным цветом, указывают на каналы, доступные благодаря использованию волокна G.652.C/D. Важно то, что ионы ОН- со временем проникают в обычное волокно SMF. Это не позволяет использовать обычное волокно SMF, даже если начальное затухание в области водяного пика мало, в качестве волокна для систем CWDM полного спектрального диапазона. Волокно ZWPF, также называемое волокном ITU-T G.652.C/D, удовлетворяет требованиям стандартов IEC (МЭК – Международной электротехнической комиссии) на величину потерь в области водяного пика даже после применения водородного старения. Поэтому можно быть уверенным в том, что высокие потери в области этого пика не возникнут в течение срока эксплуатации волокна. Если нужно использовать больше 16 каналов, то одним из подходящих решений является замена одного-двух каналов CWDM на нужное количество каналов DWDM. Этот тип гибридного решения в настоящее время коммерчески опробован и доступен. Важно заметить, что совместное использование оборудования CWDM и волокна G.652.C/D обеспечивает такие же функциональные возможности что и оборудование DWDM с обычным SMF-волокном, при этом стоимость снижается примерно на 33%.
В то время как волокно ZWPF, совместно с системами CWDM полного спектрального диапазона, дает наиболее дешевое решение для коротких участков доступа к городской сети и краевых сетевых приложений, другие типы волокон могут привести к дополнительному сокращению затрат в условиях более интенсивного магистрального трафика городской сети. Большинство городских сетей сегодня работают на скоростях до 2,5 Гбит/с (OC-48), однако сетевые операторы чувствуют необходи- мость перехода на скорость 10 Гбит/с (OC-192). Многие операторы ожидают, что инфраструктура DWDM удовлетворит потребностям роста пропускной способности на более длинных дистанциях. Как правило, на первом этапе эксплуатации системы реально используются лишь несколько каналов DWDM, поэтому стоимость системы определяется не только терминальными устройствами, но и модулями компенсации дисперсии (DCM) и усилителями, требуемыми для передачи на более длинные дистанции по магистралям городской сети. Хотя волокно ZWPF и обладает лучшими (по сравнению с обычным волокном SMF) характеристиками, благодаря меньшему затуханию и более точной геометрии волокна, его относительно высокая дисперсия (~17 пс/нм/км на 1550 нм) ограничивает длину пролета, перекрываемого без регенерации при небольшом числе используемых каналов, или же требует компенсации дисперсии, для того чтобы обеспечить большее число каналов.
Как использование регенерации, так и компенсации дисперсии значительно увеличивает стоимость. Кроме того, использование компенсации дисперсии увеличивает потери, что требует увеличения коэффициента усиления усилителей и ведет к росту величины поляризационной модовой дисперсии. Относительно дешевое магистральное волокно городских сетей – это то же волокно, что используется в линиях дальней связи, – волокно с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF, т.е. то волокно, которое имеет малую дисперсию и малый наклон дисперсионной характеристики. Уровень дисперсии волокна NZDSF в 3-4 раза меньше, чем у обычного волокна SMF, что позволяет в 3-4 раза увеличить длину некомпенсируемого участка на скоростях 2,5-10 Гбит/с. Этот вывод подтвержден такими поставщиками коммерческих систем, как Cisco, Lucent Technologies и ADVA Optical Networking. Умеренная величина дисперсии волокна NZDSF обеспечивает не только большую длину пролета с существующим оборудованием, но также и экономию средств при реализации городских сетей и магистральных участков в регионах (см. рис. 2). Так, Фар Фархан (Farr Farhan), руководитель ность и требуемое для размещения оборудования пространство. Сравнивая варианты снижения цены, важно помнить, что основным предварительным условием использования нового волокна является его совместимость с уже существующей сетью. В городских сетях операторы связи всегда хотят иметь возможность использовать окно 1310 нм. Волокно NZDSF демонстрирует возможность передачи потока 10 Гбит/с на длине волны 1310 нм на расстояние до 70 км при уровне ошибок BER = 10-11 без использования FEC – кода упреждающей коррекции ошибок [6].
CWDM не является больше технологией, замкнутой в какой-то нише. Она переросла в технологию, дающую решения для удовлетворения текущих и будущих потребностей в сетях доступа и городских сетях. CWDM приносит наибольшую выгоду тогда, когда применяется с волокном G.652.C/D (ZWPF), позволяющим использовать полный оптический спектр, увеличивая тем самым число каналов с 8 до 16. Технология DWDM также будет играть возрастающую роль на магистральных линиях городских сетей и в поддержке региональных приложений. Вместе с использованием волокна NZDSF (с малой дисперсией и малым наклоном) технология DWDM становится более экономичной и гибкой, особенно когда скорость передачи увеличивается до 10 Гбит/с и выше. Для увеличения гибкости решений волокна ZWPF и NZDSF могут быть встроены в один кабель, считают сторонники [7]. Это дает лучшие в классе городских сетей результаты и упрощает правила проектирования для высокоскоростного трафика. Кроме того, кабель со смешанными волокнами показал себя действенным средством при проектировании сетей. В любом случае выгоды от использования новых типов волокон и оптических кабелей на их основе для городских сетей стали очевидными.
1. Telecommunications Industry Association.
TIA White Paper: Fiber Optic Network Capacity
and Utilization. Part II. September 2002.
2. Legard D. Internet traffic to double each
year, IDC predicts main driver will be broad-band. March 6, 2003.
3. Das S.K. et al. 40 Gb/s (16-2.5 Gb/s) Full
Spectrum Coarse WDM Transmission over
75 km Low Water Peak Fiber for Low-Cost
Metro and Cable TV Applications. NFOEC
2002 technical proceedings.
4. Kincade K. CWDM breathes life into metro,
access, and enterprise applications // Laser
Focus World, March 2003.
5. Eichenbaum B.R. et al. Economics of coarse
WDM compared with dense WDM for wave-length-addressable PON access architectures.
NFOEC 2002 technical proceedings.
6. Thile H. et al. Metro express transparency
in excess of 250 km using dispersion
optimized fiber. NFOEC 2002 technical
proceedings.
7. Das S.K. et al. Building metro fiber networks
that last // Lightwave, September 2001.