Раздел II
ПРИМЕНЕНИЕ SM ВОЛОКОН В СИСТЕМАХ
СО СПЕКТРАЛЬНЫМ УПЛОТНЕНИЕМ КАНАЛОВ
§ 6. Системы wdm
В настоящее время телекоммуникационная индустрия претерпевает беспрецедентные изменения, связанные с переходом от голосоориентированных систем к системам передачи данных, что является следствием бурного развития Internet-технологий и разнообразных сетевых приложений. Поэтому одним из основных требований, предъявляемых к транспортным сетям для передачи данных, является возможность быстрого увеличения их пропускной способности в соответствии с ростом объемов трафика.
В транспортных сетях обычно выделяют три уровня: магистральный, распределения и доступа. Магистральный уровень характеризуется большой пропускной способностью и используется для передачи трафика в пределах региона или города. Для уровня распределения характерна меньшая пропускная способность, меньшие расстояния и более сложная сетевая топология. Уровень доступа используется для подключения корпоративных сетей и характеризуется небольшой пропускной способностью.
К транспортным сетям нового поколения предъявляются различные требования. На уровне доступа - главное гибкость и экономичность. На уровне распределения важна возможность объединения различных видов трафика и его диспетчеризации. На магистральном уровне решающим становится возможность быстрого увеличения пропускной способности сетей в соответствии со стремительным ростом трафика. Технологические решения, которые могут быть использованы для наращивания пропускной способности транспортной сети, приведены в таблице № 2.6.
Таблица № 2.6 Технологические решения, позволяющие наращивать пропускную способность транспортной сети
• Укладывать в линии связи новые оптические кабели. Этот процесс в настоящее время ведется достаточно интенсивно, однако он сопряжен с необходимостью долгосрочного планирования, больших капиталовложений и не всегда возможен. • Использовать электронику с большим быстродействием(10 Гбит/с, 40 Гбит/с, > 100 Гбит/с). Такой подход подразумевает, что при выборе аппаратуры придется исходить не из ее цены и качества, а стремиться использовать самые последние технологические достижения. • Перейти от электронных компонент к оптическим компонентам (усилителям, фильтрам и т. д.). Основное достоинство такого подхода состоит в том, что в отличие от электронных компонент параметры большинства оптических компонент не зависят от скорости передачи данных и для них прирост цены с увеличением битовой скорости будет небольшим. Однако возможность его реализации зависит от наличия необходимого набора оптических компонент и их совместимости. • Применить технологию уплотнения каналов по длинам волн (WDM – Wav length Division Multiplexing). Во многих случаях для этого достаточно только заменить терминалы в линии с оптическими усилителями. |
Все эти технологические решения в определенной мере использовались в процессе совершенствования магистральных линий связи (рис. 2.10). Оптические кабели начали применяться в магистральных линиях связи в конце 90-х годов, и пропускная способность первых таких линий составляла несколько сотен Мбит/с в одном волокне. В 1995 г. она возросла до 2.5(5.0) Гбит/с на одно волокно, и для регенерации сигналов стали применяться эрбиевые усилители. Примерно к 1998 г. пропускная способность линий увеличилась до 10(20) Гбит/с уже в пересчете не на одно волокно, а на одну длину волны в системе WDM. В современных WDM системах емкость в одном волокне превысила 100 Гбит/с.
Рис. 2.10. Рост пропускной способности магистральных линий связи
Технология уплотнения каналов по длинам волн достаточно старая. В ней используется тот факт, что по одному волокну можно передавать одновременно сигналы на многих длинах волн, т. е. во многих спектральных каналах. Эта технология применялась еще в ранних линиях связи для осуществления дуплексной передачи на двух длинах волн 1310 нм и 1550 нм (таблица № 2.7).
Таблица № 2.7. Эволюция WDM систем
Две длины волны с широкой зоной разделения.
Две/четыре длины волны в окне 1550 нм, интервал 400 ГГц
8/96 длин волн в окне 1550 нм, интервал 50/100 ГГц
100/200 длин волн в окне 1550 нм, интервал 25/50 ГГц
|
Выделяют три основных достоинства технологии WDM:
1. Пропускную способность транспортной сети с WDM можно наращивать «просто», умножая число длин волн N, передаваемых по одному волокну, на скорость передачи линии В на одной длине волны.
C = N x B. (2.3)
Транспортные сети, основанные на технологии WDM, обладают большой гибкостью, так как, во-первых, каждый спектральный канал можно использовать независимо для передачи различных видов трафика. Например, на одной длине волны можно передавать Internet, на другой SONET или ATM. Во-вторых, можно не ограничиваться использованием только физической топологии сети, а строить также различного рода виртуальные сети (рис. 2.11).
Рис. 2.11. Система WDM с топологией звезда при физически кольцевой топологии
Сигналы, передаваемые по одному волокну, во всех спектральных каналах можно усиливать с помощью одного оптического усилителя (рис. 2.12). Этим оптические усилители выгодно отличаются от ретрансляторов, где для каждого спектрального канала необходимо использовать отдельный электрический усилитель.
Рис. 2.12. В WDM системе оптический усилитель усиливает одновременно сигналы на всех длинах волн, передаваемых по волокну
При включении в линию передачи оптических усилителей расстояние между ретрансляторами уже не лимитируется потерями в волокнах и практически не ограничено (до 1000 км в наземных линиях и 10000 км в подводных линиях). Расстояние же между оптическими усилителями ограничено длиной порядка 50…150 км и определяется величиной потерь в волокне и допустимой величиной мощности света, которую можно ввести в волокно. Величина этой мощности ограничивается искажениями сигналов, возникающих из-за нелинейных эффектов в волокне, накапливающихся на всей длине ретрансляционного участка линии передачи.
Оптические усилители появились во втором поколении WDM систем. В них использовались волокна, легированные эрбием (EDFA - Erbium Doped Fiber Amplifier) и обеспечивающие усиление сигналов в диапазоне длин волн 1525…1565 нм. В этих системах для передачи данных использовалось третье окно прозрачности с интервалом частот между каналами 400 ГГц. Дальнейшее развитие технологии уплотнения каналов по длинам волн связано с расширением полосы усиления оптических усилителей и уменьшением интервала частот между спектральными каналами.
В зависимости от интервала частот между спектральными каналами WDM системы делятся на два основных класса: системы плотного спектрального уплотнения (dense-WDM (DWDM)) с числом каналов в системе более 80 и системы редкого спектрального уплотнения (coarse-WDM (CWDM)) или, как их еще иногда называют, wide WDM (WWDM) с числом каналов менее 40. Однако со временем прогресс в технологии неизбежно сместит эту границу. Число каналов в системах DWDM будет более 200 (а возможно, и 1000), а в системах CWDM - более 40.