DWDM - Dense Wavelength Division Multiplexing
Рост потребностей в увеличении объемов связи как с точки
зрения увеличения скорости передачи информации, так и охвата новых
регионов привел к появлению и становлению новых волоконно-оптических
технологий, в частности технологий спектрального (частотного)
мультиплексирования (уплотнения) каналов, получивших название
WDM- и DWDM-технологий. WDM (wavelength division
multiplexing) означает мультиплексирование с разделением по длине
волны, DWDM (dense wavelength division multiplexing) -
плотное мультиплексирование с разделением по длинам волн.
Эти технологии позволяют в сотни раз увеличить пропускную
способность волоконно-оптических каналов и сетей связи; их
применение вместе с технологиями временного
уплотнения (TDM) позволило в последнее время достичь
терабитных скоростей передачи информации по одному оптическому
волокну.
Повышать пропускную способность оптического волокна в уже
проложенном кабеле, в принципе, можно двумя способами: либо повысить
скорость передачи в канале за счет применения более быстрого
временного уплотнения (TDM), либо увеличить число спектральных
каналов, по которым осуществляется передача сигнала по одному
волокну за счет применения WDM-технологии.
Реализация первого варианта, особенно в сетях дальней связи,
использующих синхронную цифровую иерархию (SONET/SDH), связана
с рядом трудностей, в частности с резким удорожанием оконечной
аппаратуры при скоростях передачи, превышающих 40Гбит/сек. В
настоящее время на практике реализованы и используются TDM-каналы со
скоростью передачи информации 10Гбит/сек, идет разработка и
внедрение аппаратуры, обеспечивающей реализацию TDM-каналов со
скоростью 40Гбит/сек.
Кроме этого, в большинстве случаев уже проложенное оптическое
волокно не позволяет передавать информацию со скоростями более
10Гбит/сек, поскольку при его прокладке в составе волоконного кабеля
не принимался во внимание ряд существенных эффектов, проявляющихся в
волокне при таких скоростях передачи информации.
- Во-первых, из-за наличия дисперсии в волокне, которая
приводит к уширению световых импульсов и, следовательно, к
ограничению скорости передачи информации. В одномодовом волокне
полная диcперсия состоит из хроматической и
поляризационно-модовой (ПМД). Величину хроматической
дисперсии в принципе можно снизить путем включения в линию отрезков
волокна с противоположным знаком дисперсии.
Величина ПМД обусловлена отклонениями поперечного
сечения световедущей жилы волокна от круглой формы, возникающими
из-за несовершенств технологии, и носит случайный характер, а
поэтому и не всегда может быть скомпенсирована.
- Во-вторых, с ростом скорости передачи падают чувствительность
фотоприемных устройств и глубина модуляции несущего светового
сигнала информационным сигналом и, как следствие этого, отношение
сигнал/шум в линии. Для компенсации этих эффектов необходимо
устанавливать дополнительные усилители и регенераторы оптических
сигналов. Все это так или иначе приводит к усложнению оптической
аппаратуры и повышению ее стоимости. По мнению специалистов, в
ближайшие годы путем временного мультиплексирования на практике вряд
ли будет возможно реализовать и использовать каналы со скоростями
передачи более 40Гбит/сек.
Рис. 1. Типовая структура построения сети передачи на базе
технологии DWDM
Существует другой путь увеличения информационной емкости или
скорости передачи информации ВОЛС. Это - применение спектрального
мультиплексирования, WDM-технологии. Системы,
использующие WDM, основаны на способности оптического волокна
одновременно пропускать широкий спектр оптического излучения или
набор большого числа не интерферирующих и не взаимодействующих между
собой длин волн. Каждая длина волны или определенный диапазон длин
волн этого спектра может служить независимым оптическим каналом для
передачи информации по волокну.
В настоящее время разработаны оптические методы
объединения (мультиплексирования) и
разъединения (демультиплексирования) таких каналов,
обеспечивающие идентификацию каждого канала в любой заданной точке
системы или сети связи. При этом технология мультиплексирования
доведена до такого уровня, что разделение по длинам волн соседних
спектральных каналов может составлять доли нанометров.
Становление и развитие таких технологий позволили создать
коммерчески доступные волоконно-оптические системы и сети, в которых
по одному волокну можно передавать более сотни независимых
оптических каналов, причем в дуплексном режиме (одновременно в двух
направлениях).
Следует отметить, что успехи в создании ВОЛС с применением
DWDM-технологии неразрывно связаны с разработкой и созданием
эрбиевых волоконно-оптических усилителей (EDFA),
способных усиливать все передаваемые по волокну спектральные сигналы
в окне прозрачности волокна с центром на длине волны 1550 нм
без преобразования оптических сигналов в электрические и обратно.
Применение таких усилителей открыло возможности построения
сверхширокополосных волоконно-оптических линий и сетей дальней
связи.
На рис. 2 показаны возможности увеличения полосы
пропускания (или информативности) ВОЛС за счет применения
DWDM-технологии для стандартных синхронных сетей передачи информации
и синхронных оптических сетей (SDH/SONET) с информационными
емкостями каждого канала 2,5Гбит/сек, 10Гбит/сек и 40Гбит/сек.
Из рис.1 видно, что DWDM-технология позволяет увеличивать пропускную
способность волоконно-оптического канала вплоть до
нескольких Гбит/сек только в одном окне прозрачности
оптического волокна.
Рис. 2. Зависимость пропускной способности волоконно-оптического
канала от количества передаваемых длин волн по технологии DWDM
Большие перспективы имеют DWDM-технологии для применения в
волоконно-оптических сетях передачи данных, использующих
Internet Protocol. Внедрение DWDM-технологии, наряду с
наблюдающимся в последнее время бурным развитием работ по оптическим
переключателям, позволяет надеяться на создание в ближайшем будущем
полностью оптических сетей передачи данных, в том числе и в
Internet, и потенциальное снижение стоимости обмена информацией
для пользователей. Снижение цен для пользователя в конечном счете
должно поддерживать этот процесс и в дальнейшем.
В настоящее время очевидно, что технологии DWDM обеспечивают
наиболее быстрый и рентабельный путь расширения полосы пропускания
волоконно-оптических линий и сетей связи.
На пути внедрения технологии имеются следующие трудности.
- Во-первых, это достаточно дорогое, по крайней мере, на первых
порах, оборудование. Поэтому разработка конкретного измерительного
оборудования, а также методик измерения параметров DWDM-систем и
фотонных (полностью оптических) сетей связи в целом является
достаточно сложной задачей и требует определенного времени и средств
решения.
- Во-вторых, во всем мире встаёт проблема подготовки
квалифицированных кадров, которые могли бы успешно работать в
области этих технологий. Принципы построения DWDM-систем и фотонных
сетей связи основываются на использовании сложных физических
явлений. Поэтому от людей, занимающихся как созданием, так и
эксплуатацией DWDM-систем, требуется достаточно глубокий уровень
знаний в области оптики, радиофизики, информатики и т.д. То
есть уровень требований к квалификации кадров постоянно растет.
Уже сегодня в отличие от технологии ТDM пропускная способность в
волокне может достигать порядка терабит (1000 гигабит) в секунду.
Если сравнивать с другими способами передачи информации, то порядок
величин Тбайт/сек в них просто недостижим. Еще один плюс таких
технологий — это надежность передачи. Передача по оптоволокну не
имеет недостатков электрической или радиопередачи сигнала.
Отсутствуют помехи, которые могут повредить сигнал, и нет
необходимости лицензировать использование радиочастоты.
DWDM и мультисервисные сети
Система DWDM является одной из составных частей
мультисервисных сетей. В чистом виде это физический уровень
сети, который работает независимо от типа передаваемой информации
или от ее формата. Подобная гибкость в сочетании с огромной
пропускной способностью делает DWDM идеальной технологией для
опорной инфраструктуры сетей следующего поколения, какими являются
мультисервисные сети. Данное качество DWDM позволяет обеспечивать
транспортировку трафика от самых различных сетей: стационарных,
мобильных, постоянно усложняющихся служб и телекоммуникационных
приложений с постоянно растущим числом пользователей и
увеличивающимися скоростями передачи информации.
Понятно, что для мультисервисных сетей нужна очень надежная
технология, обладающая высокой гибкостью и производительностью, чему
в полной мере отвечает DWDM. Однако чтобы DWDM могла обеспечить
потребности будущих сетей связи, все стороны, заинтересованные в их
развитии, должны рассматривать проблему в более широком аспекте,
включая взаимодействие с системами мобильной связи третьего
поколения, а также с сетями следующего поколения (NGN).
DWDM–технология должна удовлетворять и поддерживать
прогрессирующий процесс перехода от ТфОП к сетям с пакетной
коммутацией, в которых информация от абонента до абонента передается
по IP–протоколу, а в транспортном уровне используется АТМ–технология
передачи как обеспечивающая контроль качества обслуживания (QoS).
Как только системы мобильной связи 3–го поколения войдут в строй
и станут доступны пользователям, они начнут широкую сетевую
экспансию и потребуют высокой пропускной способности цифровых
трактов и широкой полосы каналов.
В этих условиях DWDM, SDH и различные технологии
широкополосного беспроводного доступа, включая микроволновую
технику, обеспечат системам 3G эффективные решения их транспортных
проблем.
В частности, DWDM может использоваться для обеспечения высокой
пропускной способности между базовыми станциями и узлами коммутации
(базовая станция+контроллер+коммутатор). Предоставление услуги с
более высоким качеством речи в мобильных сетях ожидается не раньше,
чем будет обеспечена адекватная полоса каналов в транспортной сети
связи.
Взаимодействие IP–маршрутизаторов с оптическими сетями
В сфере сетевой инфраструктуры формируются две основные
тенденции — это IP и оптические сети. Сегодняшние соединительные
сетевые структуры неизбежно требуют преобразований и переключений
между оптической и электронной частями сети. Если сейчас эта
проблема решается на уровне системы управления и обслуживания, то в
полностью IP–совместимых сетях будущего появятся новые требования к
физическому уровню (такие, как маршрутизация, IP–сигнализация и
т.д.). Когда и как эти требования будут реализовываться — пока
неизвестно. Тем временем о том, как же должны взаимодействовать
IP–маршрутизаторы с оптическими сетями при завершении соединения
между абонентами сети, ответа пока нет.
При рассмотрении сценария развития широкополосных сетей
отмечается, что технология DWDM (совместно с SDH) должна сыграть
свою важную роль в постепенной миграции сетей к полной
IP–совместимости.
Другим многообещающим техническим новшеством в сетях будущего
должна стать так называемая «мультипротокольная лямбда-коммутация»,
которая является дальнейшим развитием технологии, известной под
аббревиатурой MPLS (Multi protocol label switching).
Лямбда-коммутация, фактически уже доступная для
внедрения, заменяет обычный заголовок в IP–формате на короткую
метку, тем самым увеличивая скорость обработки информационных
данных. Мультипротокольная лямбда-коммутация вносит элемент
интеллектуальности в сферу оптических телекоммуникаций, в частности,
передающий транспондер теперь может выбирать наиболее короткий и
высокоскоростной путь между двумя маршрутизаторами, что позволяет
оптимизировать работу сети в целом. Более того, поскольку эта
технология разработана на основе MPLS, вопросы о том, каким образом
IP-маршрутизатор будет взаимодействовать с оптической средой
передачи, как развивать дальнейшую стратегию перехода к полностью
оптическим IP-совместимым сетям, решаются сами собой.
Несмотря на то что будущее за IP–совместимыми сетями, DWDM будет
продолжать развиваться и совершенствоваться как самостоятельная
технология передачи в отношении увеличения количества длин волн,
используемых при мультиплексировании. А поскольку пропускная
способность была и остается важнейшей проблемой многих операторов
связи, роль DWDM как технологии, обеспечивающей поступательное
развитие широкополосных мультисервисных сетей, сохранится, возможно,
еще в течение длительного времени.
Андрей БАБОСЮК, заместитель директора по
вопросам научно-технической политики |
