《電子技術(shù)應(yīng)用》
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DWDM技術(shù)原理及其在城域網(wǎng)中的應(yīng)用
王曉輝
摘要: 由于DWDM技術(shù)在我局城域網(wǎng)上還沒有開展應(yīng)用,為此結(jié)合DWDM技術(shù)原理和性能優(yōu)勢,對DWDM技術(shù)在城域網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行了一些初步探討,為DWDM技術(shù)在未來我局城域網(wǎng)中的應(yīng)用提供一些參考。
關(guān)鍵詞: RF|微波 城域網(wǎng) DWDM
Abstract:
Key words :

由于密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)能充分利用光纖的巨大帶寬資源,大幅度提高系統(tǒng)傳輸容量,降低傳輸成本,因此該技術(shù)在長途和骨干網(wǎng)的超大容量傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。如果把DWDM技術(shù)引入城域網(wǎng)、接入網(wǎng),整個(gè)網(wǎng)絡(luò)就會變成無縫連接的整體,為所有不同的業(yè)務(wù)提供支持和連接,因此城域網(wǎng)中DWDM具有很大優(yōu)越性和發(fā)展?jié)摿?,將成為整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)向全光網(wǎng)絡(luò)演變的必然。

  由于DWDM技術(shù)在我局城域網(wǎng)上還沒有開展應(yīng)用,為此結(jié)合DWDM技術(shù)原理和性能優(yōu)勢,對DWDM技術(shù)在城域網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行了一些初步探討,為DWDM技術(shù)在未來我局城域網(wǎng)中的應(yīng)用提供一些參考。

  2 DWDM技術(shù)原理與性能優(yōu)勢

  2.1 密集波分復(fù)用原理

  DWDM技術(shù)指在當(dāng)前1.55μm波段密集放置更多信道,在發(fā)送端采用光復(fù)用器(合波器)將不同規(guī)定波長的信號光載波合并起來送入一根光纖進(jìn)行傳播。在接收端,再由一個(gè)光解復(fù)用器(分波器)將這些不同波長承載不同信號的光載波分開,從而在一根光纖中可以實(shí)現(xiàn)多路光信號的復(fù)用傳輸(參看圖1)。在ITU-T建議標(biāo)準(zhǔn)中,規(guī)定信道間隔為100GHz的整數(shù)倍。現(xiàn)在,人們已在試驗(yàn)采用50GHz和33.3GHz的信道間隔,甚至更窄,力求更充分地利用光纖的可用帶寬。

  2.2 DWDM系統(tǒng)組成

  DWDM系統(tǒng)主要由光源、光放大器、光復(fù)用器和光解復(fù)用器組成,分別簡述如下。

  1.光源

  DWDM系統(tǒng)的無電再生中繼長度從50~60km增加到了500~600km,在要求傳輸系統(tǒng)的色散受限距離大大延長的同時(shí),為了克服光纖非線性效應(yīng),要求光源使用技術(shù)更為先進(jìn)、性能更為優(yōu)良的激光器??傊?,DWDM系統(tǒng)光源的兩個(gè)突出的特點(diǎn)是:(1)具有一定色度色散容限;(2)標(biāo)準(zhǔn)而穩(wěn)定的波長。

  2.光波長轉(zhuǎn)換器(OTU)

  DWDM可以分為開放式和集成式兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。所謂的“開放式”是指在同一個(gè)WDM系統(tǒng)中,可以接入不同廠商的SDH系統(tǒng)。它采用波長轉(zhuǎn)換技術(shù),將復(fù)用終端的光信號轉(zhuǎn)換成指定的波長,所以對復(fù)用終端接口沒有特別的要求,只要這些接口符合ITU-T G.957建議的光接口標(biāo)準(zhǔn)。而集成式WDM系統(tǒng)沒有采用波長轉(zhuǎn)換技術(shù),要求復(fù)用終端的光信號的波長符合系統(tǒng)的規(guī)范。

  3.光放大器(OA)

  光放大器是一種不需要經(jīng)過光/電/光的變換而直接對光信號進(jìn)行放大的有源器件,能補(bǔ)償光功率在光纖傳輸中的損耗,延長通信系統(tǒng)的傳輸距離。

  摻餌光纖放大器(EDFA)的工作原理:EDFA主要由摻餌光纖(EDF)、泵浦光源、耦合器、隔離器等部件組成。它利用摻餌光纖的非線性效應(yīng),泵浦光(摻餌光纖放大器的泵浦波長為980nm)輸入到摻餌光纖中,當(dāng)有信號光輸入時(shí),輻射光的相位和波長會自發(fā)地與信號光保持一致,這樣在輸出端就可以得到功率較強(qiáng)的光信號,實(shí)現(xiàn)了對光信號的放大。

  4. 光復(fù)用器與光解復(fù)用器

  在WDM系統(tǒng)中,將不同光源波長的信號結(jié)合在一起的器件稱為合波器,反之,將經(jīng)同一光纖送來的多波長信號分解為個(gè)別波長分別輸出的器件稱為分波器。同一器件既可作為分波器,又可以作為合波器。一般要求分波器、合波器的插入損耗小,隔離度大,帶內(nèi)損耗平坦,低的偏振相關(guān)性等。目前在WDM系統(tǒng)中使用的光分波合波器主要有陣式波導(dǎo)光柵(AWG)、相控陣分波器、可調(diào)諧濾波器、干涉膜濾波器、光柵耦合器等。

  2.3 DWDM網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng):

  由于DWDM系統(tǒng)可以承載SDH、PDH和其他不受限的數(shù)字信號或模擬信號,其網(wǎng)管系統(tǒng)應(yīng)該與傳送的業(yè)務(wù)層的網(wǎng)管分離,分別通過Q3接口同時(shí)送給上層的網(wǎng)絡(luò)管理層。這樣可以增加DWDM承載業(yè)務(wù)的多樣性。

  在發(fā)送端,通過插入本節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的波長為?s(1510nm)的光監(jiān)控(OSC)信號,來完成幀同步字節(jié)、公務(wù)字節(jié)和網(wǎng)管所用的開銷字節(jié)的傳遞。網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)通過光監(jiān)控信道物理層傳送開銷字節(jié)到其他節(jié)點(diǎn)或接收來自其他節(jié)點(diǎn)的開銷字節(jié)對DWDM系統(tǒng)進(jìn)行管理,實(shí)現(xiàn)配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等功能,并與上層管理系統(tǒng)相連。為防止某段光纖中光監(jiān)控信道雙向都斷路,網(wǎng)元管理系統(tǒng)無法獲取網(wǎng)元的監(jiān)控信息, DWDM系統(tǒng)必須具有監(jiān)控通路的保護(hù)功能。

   2.4 DWDM適用的光纖系統(tǒng)

  在DWDM系統(tǒng)中,由于多個(gè)光信號在一根光纖中同時(shí)傳輸,因此增加了光纖中光功率的密度,很容易引發(fā)四波混頻(FWM)等非線性現(xiàn)象。除常規(guī)G.652光纖外,還有色散位移G.653光纖和非零色散G.655光纖。

  G.652光纖在1.3?m和1.5?m處具有很低的損耗,特別是在1.55?m處,損耗低于0.2dB/km,對長距離傳輸非常有利,但色散相對較大,約17ps/nm.km。由于G.652光纖在我國已大量敷設(shè),因此利用原有的光纖采用DWDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)超高速傳輸是當(dāng)前的首選方案。

  G.653光纖又稱色散位移光纖,它在1550nm窗口同時(shí)具有最小色散和最低損耗,它是單波長系統(tǒng)的最佳選擇,但是由于高速傳輸?shù)拇當(dāng)_現(xiàn)象使多路WDM系統(tǒng)很難開通,現(xiàn)已不提倡使用G.653光纖。

  G.655光纖是將G.653光纖的零色散點(diǎn)移至1570nm或1510~1520nm附近,成功地克服了G.652的色散受限和G.653無法開通WDM的缺點(diǎn),升級非常靈活,既可以適用TDM系統(tǒng)也可以適用WDM技術(shù)。但采用該光纖的光纜價(jià)格為常規(guī)光纜的1.5倍。

  2.5 WDM系統(tǒng)的性能優(yōu)勢

  1.傳輸容量大、傳輸速率高

  在PDH階段,光纖線路的傳送速率多采用34Mbit/s和 140Mbit/s,到了 SDH階段,傳輸速率多采用155Mbit/s、622Mbit/s、2.5Gbit/s以及10Gbit/s。由于在采用TDM方式的SDH傳送10Gbit/s或40Gbit/s速率時(shí),還需要相關(guān)的調(diào)制技術(shù)和更高級的激光器,這將使成本極高,用戶難以接受。而采用WDM方式,每個(gè)波長不僅可以傳輸2.5Gbit/s的SDH信號,也可以傳送10Gbit/s及40Gbit/s以上的光載波信號,使得在一個(gè)光纖上傳輸?shù)娜萘勘葐文9饫w大幾倍到幾十倍,

  2.光纖系統(tǒng)的傳輸距離長、傳輸設(shè)備簡單

  WDM系統(tǒng)采用了石英光纖最低損耗的1550nm窗口,其傳輸損耗更小、 傳輸距離更長,并且EDFA技術(shù)、外調(diào)制、電吸收等方式使得WDM系統(tǒng)中繼段的允許損耗、色散更大,傳輸距離由幾十公里向幾百公里或更長距離的延長。WDM系統(tǒng)采用了光放大器代替了原來的電再生器,大大減少了SDH中繼器的數(shù)量,節(jié)省了成本,簡化了設(shè)備。

  3.網(wǎng)絡(luò)更加智能化

  未來光纖網(wǎng)發(fā)展的目標(biāo)之一是實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的傳輸網(wǎng)監(jiān)控并順利地納入TMN。目前的PDH網(wǎng)管幀結(jié)構(gòu)中的管理比特少、網(wǎng)管能力差;SDH雖然在幀結(jié)構(gòu)中增加了豐富的管理、維護(hù)用開銷比特,但由于各廠商的信息模型不同,使得不同廠商的網(wǎng)管系統(tǒng)在接口上不能互通;WDM系統(tǒng)設(shè)置了重要的網(wǎng)管監(jiān)控通路,以傳輸WDM系統(tǒng)的網(wǎng)管信息,其網(wǎng)管更接近TMN模式。

  4.適合傳輸多媒體綜合業(yè)務(wù)信息

  由于同一光纖中傳輸?shù)墓廨d波信號彼此獨(dú)立,可以傳送不同傳輸特性的不同信號,并且其通道對于數(shù)據(jù)格式是完全透明的,與信號的速率和調(diào)制方式無關(guān),從而多種格式的業(yè)務(wù)信號,如語音、數(shù)據(jù)、視頻等多媒體信息都可以在WDM系統(tǒng)中得到高質(zhì)量的傳送,改善了業(yè)務(wù)質(zhì)量。

  3 DWDM技術(shù)在城域網(wǎng)中的應(yīng)用

  目前城域網(wǎng)采用的SDH技術(shù)主要針對基于電路交換的語音業(yè)務(wù)。但從網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展角度看,在傳統(tǒng)SDH網(wǎng)絡(luò)上通過增加設(shè)備來滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求,從網(wǎng)絡(luò)效率角度看,存在著效率低、成本高以及利用率低等缺點(diǎn)。DWDM以其特有的技術(shù)優(yōu)勢為城域網(wǎng)領(lǐng)域和數(shù)據(jù)通信帶來極具競爭優(yōu)勢的解決方案。

  3.1 DWDM在城域網(wǎng)與廣域網(wǎng)應(yīng)用上的差別DWDM在廣域網(wǎng)應(yīng)用獲得了巨大的成功,但在架構(gòu)寬帶城域網(wǎng)時(shí),兩者有著很大的差別。

  1.器件的要求

  廣域網(wǎng)的傳輸距離長達(dá)數(shù)千公里甚至跨洋,中間需要很多放大器等設(shè)備,對激光器和復(fù)用器件、部件要求很高,系統(tǒng)成本昂貴。而城域網(wǎng)傳輸距離一般在100km以內(nèi),對光纖的傳輸衰減值也不太敏感,免除了使用外部調(diào)制解調(diào)器和光放大器的必要以及相應(yīng)的通路均衡需求。運(yùn)營商因而可以相對自由地選用較低規(guī)格的光元器件,從而使整個(gè)系統(tǒng)成本大幅下降。

  2.支持的業(yè)務(wù)種類、靈活性和網(wǎng)絡(luò)成本方面的要求

  與廣域網(wǎng)相比,城域網(wǎng)在傳輸容量和距離方面要求較低,但在支持的業(yè)務(wù)種類、靈活性和網(wǎng)絡(luò)成本方面有著更高的要求。從業(yè)務(wù)信道角度看,長途網(wǎng)主要提供622Mbit/s、2.5Gbit/s及10Gbit/s信道,而城域網(wǎng)卻要求光接口支持SDH、ATM、吉比特以太網(wǎng)等從100Mbit/s到2.5Gbit/s范圍內(nèi)的所有信號,能承載不同類型的業(yè)務(wù)。DWDM是一種純粹的物理層技術(shù),它的運(yùn)轉(zhuǎn)完全獨(dú)立于所攜帶信息的類型,能夠提供以波長為基礎(chǔ)的透明服務(wù),靈活地傳送任何格式的信號。

  3.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與保護(hù)的不同

  從網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)拓?fù)浜捅Wo(hù)角度看,長途網(wǎng)采用的光纖/業(yè)務(wù)拓?fù)涠酁榫€性結(jié)構(gòu),業(yè)務(wù)保護(hù)由OXC、DXC或更高層協(xié)議執(zhí)行。相比之下,城域網(wǎng)的拓?fù)涑虱h(huán)形或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),業(yè)務(wù)拓?fù)鋭t為輻射狀結(jié)構(gòu),傳輸系統(tǒng)本身必須提供保護(hù),或支持客戶層保護(hù)機(jī)制。這就要求城域DWDM系統(tǒng)具有更為豐富的組網(wǎng)能力,并可組成光通道自愈環(huán),以提高網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性。

  4.城域網(wǎng)中對系統(tǒng)的模塊化水平和分插復(fù)用能力要求更高

  長途網(wǎng)的擴(kuò)容主要通過增加容量,有效利用閑置波長,以不影響業(yè)務(wù)流量的方式進(jìn)行。然而,在城域網(wǎng)中由于IP業(yè)務(wù)的突發(fā)性和不確定性,要求城域DWDM系統(tǒng)具備在環(huán)路添加新節(jié)點(diǎn)以及在不可預(yù)測的端點(diǎn)間增加容量的能力。這就對系統(tǒng)的模塊化水平和分插復(fù)用能力提出了更高的要求。此外,城域網(wǎng)DWDM系統(tǒng)必須能提供在任何網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行任意數(shù)量的波長分插復(fù)用的能力,以滿足動態(tài)調(diào)度業(yè)務(wù)的需求。

  3.2 DWDM城域網(wǎng)結(jié)構(gòu)

  DWDM城域網(wǎng)的一種基本結(jié)構(gòu)是DWDM自愈環(huán)結(jié)構(gòu)(見圖3)。

  從圖3中可以清晰地看到DWDM系統(tǒng)對不同業(yè)務(wù)的支撐性。按照環(huán)中信號的傳輸方向,自愈環(huán)分為單向環(huán)和雙向環(huán)兩種;按照環(huán)路保護(hù)機(jī)制,DWDM自愈環(huán)分為1+1環(huán)路保護(hù)、1:1保護(hù)和1:N保護(hù)環(huán)路等。此外當(dāng)傳輸SDH業(yè)務(wù)時(shí),還必須協(xié)調(diào)DWDM保護(hù)機(jī)制和SDH保護(hù)機(jī)制的重復(fù)和沖突問題。

  在DWDM自愈環(huán)城域網(wǎng)結(jié)構(gòu)中,OADM(光分插復(fù)用器)是最關(guān)鍵的部件。它的作用是在DWDM環(huán)路中靈活地添加分離波長。

  3.3 城域DWDM技術(shù)特點(diǎn)

  1.業(yè)務(wù)匹配直接、方便

  傳統(tǒng)的城域網(wǎng)絡(luò)中采用TDM技術(shù),最適于提供2Mbit/s電路以滿足64kbit/s語音業(yè)務(wù),但該結(jié)構(gòu)不適于統(tǒng)計(jì)復(fù)用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。當(dāng)城域網(wǎng)中采用了DWDM技術(shù)之后,便可用路由器或ATM交換機(jī)將分組或信元直接匹配到波長,而不必使用SONET或SDH的方法適配DWDM傳輸網(wǎng)絡(luò)。從而,TDM被光層DWDM取代,增加了帶寬利用率,推進(jìn)了組網(wǎng),降低了成本。

  2.節(jié)省光纖資源

  有的大用戶需要的信道帶寬很大,超過STM-16,采用TDM如STM-64技術(shù),目前還難以滿足其要求;若采用更高速率的TDM 系統(tǒng)需要對所有的終端設(shè)備進(jìn)行更新,而DWDM則可以保留現(xiàn)有的終端設(shè)備,消除了使用額外光纖的要求。它還易于和現(xiàn)有的SONET/SDH網(wǎng)絡(luò)或基于異步協(xié)議工作的舊的光終端設(shè)備兼容。

  3.4 目前城域DWDM技術(shù)存在的主要問題

  目前城域DWDM技術(shù)存在的主要問題在于以下幾個(gè)方面:

  1.設(shè)備成本問題

  盡管城域網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離比較短,但由于城域網(wǎng)中使用了大量的光分插復(fù)用器(OADM),每個(gè)分插復(fù)用器引入了一定的損耗,所以在城域網(wǎng)中往往必須使用光放大器,使費(fèi)用大大增加。如果采用DWDM對城域網(wǎng)進(jìn)行升級的價(jià)格比采用TDM和鋪設(shè)新光纖的價(jià)格還高,將會限制DWDM在城域網(wǎng)中的應(yīng)用?,F(xiàn)在設(shè)備制造商正在努力改進(jìn)設(shè)備,使應(yīng)用在城域網(wǎng)中DWDM設(shè)備的價(jià)格低于長途DWDM設(shè)備的價(jià)格。

  2.技術(shù)問題

DWDM城域網(wǎng)中需使用大量的OADM,為對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行靈活的控制,OADM應(yīng)是可編程的,可以用軟件進(jìn)行控制。但目前DWDM分插復(fù)用技術(shù)還不是很成熟,也沒有大量商用,特別是對于波長數(shù)很多的系統(tǒng)。此外,光交叉連接設(shè)備更是不成熟。

  3.設(shè)備的兼容性問題

  由于目前DWDM網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)還沒有完全制定,所以多個(gè)廠家設(shè)備之間的互連還存在問題。在這種情況下,一個(gè)城域網(wǎng)只能采用一個(gè)廠家的設(shè)備,或者加入相應(yīng)的轉(zhuǎn)換設(shè)備,以實(shí)現(xiàn)不同廠家設(shè)備之間的互連,但隨著WDM光網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的制定,這些問題可以迎刃而解。

  4.網(wǎng)管技術(shù)不成熟

  由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制訂的滯后,DWDM網(wǎng)管系統(tǒng)目前存在技術(shù)相對滯后的問題。比如大多數(shù)廠家的DWDM系統(tǒng)雖然都配置了EMS網(wǎng)元管理系統(tǒng),但網(wǎng)元管理系統(tǒng)的向上接口不統(tǒng)一,有Q3接口、CORBA接口等,管理系統(tǒng)間難以兼容和互通;另外,各廠家的大多數(shù)DWDM系統(tǒng)尚不支持系統(tǒng)誤碼性能監(jiān)測和連接完整性等重要功能。DWDM網(wǎng)管系統(tǒng)的功能尚待進(jìn)一步加強(qiáng)和完善。

  4 結(jié)束語

  DWDM在長途干線網(wǎng)中已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用,在城域網(wǎng)中由于設(shè)備的成本還很昂貴,技術(shù)尚不成熟,設(shè)備的兼容性較差等原因暫時(shí)還難于普遍應(yīng)用,但由于DWDM技術(shù)具有擴(kuò)容的經(jīng)濟(jì)性,比特率和協(xié)議的透明性,良好的可擴(kuò)展性等,隨著市場的發(fā)展、新的低成本城域網(wǎng)設(shè)備的開發(fā)利用,DWDM技術(shù)在城域網(wǎng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。相信在不遠(yuǎn)的將來,DWDM技術(shù)在我局的城域網(wǎng)應(yīng)用中也會大展風(fēng)采。

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