تقنية DWDM: تطويرها وتطبيقها

أساسيات مقدمة DWDM

تقسيم الطول الموجي Multiplexing WDM هي تقنية تعمل على تعدد إرسال الإشارات الضوئية ذات الأطوال الموجية المختلفة إلى ليف واحد للإرسال.

• يستخدم CWDM (تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي الخشن) تباعدًا واسعًا في الطول الموجي ، وعادةً ما يكون بعيدًا بمقدار 20 نانومتر.
• يستخدم DWDM (مضاعفة تقسيم الطول الموجي الكثيف) تباعدًا ضيقًا في الطول الموجي ، عادةً ما بين 0.8-2 نانومتر.

الآن ، سنركز على تقديم تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي الكثيف (DWDM) في إدارة الطلب على المياه.

يجمع DWDM بين الموجات الحاملة الضوئية على ليف واحد للإرسال ، مما يزيد من قدرة الإرسال لكل ليف. يمكن أن يحمل DWDM خدمات SDH وخدمات IP وخدمات ATM.

معيار الاتحاد الدولي للاتصالات لأطوال موجات DWDM هو 1528.77nm-1563.86nm ، خاصة في النطاق C مع توهين وتشتت منخفضين. يمكن أن يحتوي تباعد الطول الموجي 100 جيجا هرتز (0.8 نانومتر) على 40 قناة ، ويمكن أن يحتوي تباعد الطول الموجي 50 جيجا هرتز (0.4 نانومتر) على 80 قناة.

هيكل وحدة DWDM

تعد تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي الكثيف (DWDM) إحدى تقنيات اتصالات الألياف الضوئية المتقدمة نسبيًا في الوقت الحالي. مع تطور الاقتصاد والتكنولوجيا ، زاد طلب الناس على سرعة نقل البيانات أيضًا إلى مستوى مرتفع نسبيًا ، مما أدى إلى آفاق مشرقة لتقنية DWDM.

• جهاز الإرسال والاستقبال البصري: يحول إشارات الضوء ذات الطول الموجي ؛
• مُضاعِف وفاصل بصري: يجمع ويقسم إشارات الضوء ذات الطول الموجي الثابت ؛
• مكبر بصري (OLA): يقع في منتصف قسم الإرسال البصري ، يقوم OLA بتضخيم الإشارة الضوئية ؛
• قناة الإشراف البصري: تُستخدم لإجراء إدارة ومراقبة نظام DWDM ، بحيث يمكن لنظام إدارة الشبكة إدارة نظام DWDM بشكل فعال.

مبدأ العمل لنظام DWDM

ناقل حركة ثنائي الألياف أحادي الاتجاه

يستخدم نظام إدارة الطلب على المياه أحادي الاتجاه ألياف بصرية. يكمل أحد الألياف نقل الإشارات الضوئية في اتجاه واحد فقط ، ويكتمل إرسال الإشارات الضوئية العكسية بواسطة الألياف الأخرى.

المزايا: يتم نقل كل إشارة بطول موجة مختلف ، مما يضمن عدم وجود تداخل ، ويمكن إعادة استخدام نفس الطول الموجي في كلا الاتجاهين.

العيوب: قلة استخدام مصادر الألياف والأجهزة البصرية.

ناقل حركة ثنائي الاتجاه أحادي الألياف

يستخدم نظام تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي ثنائي الاتجاه (WDM) ليفًا واحدًا لنقل الإشارات في كلا الاتجاهين ، بأطوال موجية مختلفة تحمل الإشارات في كل اتجاه ، مما يحقق اتصال مزدوج الاتجاه.

المزايا: يمكن أن تقلل من عدد الألياف ومكبرات الخط المستخدمة ، مما يوفر التكاليف.

العيوب: المتطلبات العالية ، الحاجة إلى حل التداخل متعدد القنوات ، تتطلب مسافة الإرسال الممتدة تضخيمًا بصريًا.

تصنيف أنظمة DWDM

افتح نظام DWDM

في نهاية الإرسال ، يتم استخدام OTU لتحويل الأطوال الموجية غير القياسية إلى أطوال موجية قياسية. تتمثل الوظيفة الرئيسية لهذا الجهاز في تحويل الأطوال الموجية غير القياسية إلى أطوال موجية قياسية يحددها ITU-T لتلبية توافق الطول الموجي للنظام.

نظام DWDM متكامل

تتوافق إشارة الخدمة نفسها بالفعل مع الطول الموجي القياسي ، ولا توجد حاجة إلى OTU في جهاز الإرسال والاستقبال والمرسل.

المكونات الرئيسية لـ DWDM

مصدر ضوء:

تتمثل وظيفة مصدر الضوء في توليد الليزر أو الفلورة ، وهو جهاز مهم في أنظمة اتصالات الألياف البصرية.

يحتوي مصدر الضوء لنظام DWDM على تفاوت تشتت كبير نسبيًا وطول موجي قياسي ومستقر.

هناك طريقتان لتعديل الليزر: التعديل المباشر والتعديل غير المباشر.

كاشف الصور:

يتمثل دور جهاز الكشف الضوئي في تحويل الإشارة الضوئية المستقبلة إلى إشارة كهربائية مقابلة.

نظرًا لأن الإشارة الضوئية المرسلة عبر الألياف ضعيفة جدًا بشكل عام ، يتم وضع متطلبات عالية على جهاز الكشف الضوئي.

مكبر بصري:

يستخدم مكبر الصوت البصري لتحسين الإشارة الضوئية ويتضمن بشكل أساسي مضخم الألياف Erbium Doped (EDFA) ومكبر ألياف Raman.

معدد الإرسال البصري ومزيل تعدد الإرسال البصري:

المكونات الأساسية لنظام WDM هي مُضاعِف تقسيم الطول الموجي ، أي مُضاعِف الإرسال البصري ومزيل تعدد الإرسال البصري ، وهما في الواقع مرشحات ضوئية. تحدد خصائصها إلى حد كبير أداء النظام بأكمله ، والمتطلبات هي عدد كافٍ من قنوات تعدد الإرسال ، وفقدان إدخال صغير ، ونطاق تمرير واسع ، إلخ.

هناك العديد من أنواع معددات تقسيم الطول الموجي الضوئية ، والتي يمكن تقسيمها تقريبًا إلى أربع فئات: نوع مرشح التداخل ، ونوع مقرنة الألياف ، ونوع الشبكة ، ونوع شبكة الدليل الموجي للصفيف.

أنواع الشبكات

شبكة من نقطة إلى نقطة

الشبكة التشعبية

شبكة رنين

مزايا تقنية DWDM

• سعة كبيرة للغاية: نظرًا لأن تقنية DWDM تستفيد بشكل كامل من موارد النطاق الترددي للألياف ، وتعدد إرسال عشرات أو حتى مئات القنوات في ليف واحد ، فقد تم تحسين قدرة الألياف الفردية بشكل كبير.
• النقل "الشفاف" للبيانات: نظام DWDM شفاف بالنسبة إلى "البيانات" ومستقل عن معدل الإشارة وطريقة التشكيل الكهربائي. لذلك ، يمكن إرسال إشارات أعمال متعددة بمعدلات وأشكال وخصائص مختلفة تمامًا في وقت واحد.
• تحسين وتوسيع النظام المريح والمرن: يمكن تقديم خدمات جديدة عن طريق إضافة أطوال موجية دون مقاطعة الخدمات الحالية ، مما يزيد من حماية الاستثمارات الحالية إلى أقصى حد.
• شبكات اقتصادية وموثوقة: شبكة الاتصالات الجديدة التي تم إنشاؤها باستخدام DWDM التكنولوجيا أبسط بكثير من الشبكة المكونة من تقنية مضاعفة تقسيم الوقت الكهربائية التقليدية ، والتسلسل الهرمي للشبكة واضح. نظرًا لهيكل الشبكة المبسط ، والتسلسل الهرمي الواضح ، وجدولة الأعمال المريحة ، فإن الاقتصاد وموثوقية الشبكة واضحان.
• تشكيل شبكة بصرية بالكامل: ستكون تقنية DWDM واحدة من التقنيات الرئيسية لتحقيق شبكة بصرية بالكامل ، ويمكن أن تكون أنظمة DWDM متوافقة مع جميع الشبكات البصرية المستقبلية. في المستقبل ، قد يكون من الممكن تحقيق شبكة ضوئية شفافة وقابلة للبقاء بدرجة عالية تعتمد على شبكة DWDM المبنية بالفعل.

تعد تقنية DWDM و CWDM منتجين مختلفين لتقنية مضاعفة تقسيم الطول الموجي ، ولكل منهما مزايا في طبقات الشبكة المختلفة.

نظرًا لتكلفتها المنخفضة وهيكلها البسيط ، تتمتع تقنية CWDM بآفاق تطبيق جيدة في طبقة الوصول لشبكات المناطق الحضرية مع ميزاتها متعددة الخدمات. من ناحية أخرى ، تُفضل تقنية DWDM للشبكات الأساسية وشبكات المناطق الحضرية الأساسية ومعدات نقل العمود الفقري للشبكة المحلية نظرًا لقدرتها العالية وخصائص الإرسال لمسافات طويلة.

عند اختيار حل CWDM / DWDM ، يجب اختيار الحل الأفضل من خلال مراعاة متطلبات المشروع والميزانية وكذلك الجمع بين خصائصهما واختلافاتهما.

مناقشة حول تقنية DWDM

تنتمي DWDM إلى تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي (WDM) ، وهي تقنية ناضجة تم استخدامها على نطاق واسع في مجال نقل اتصالات الألياف الضوئية. تستخدم WDM خصائص إرسال موجات الضوء للضغط معًا على موجات الضوء ذات الأطوال الموجية والترددات المختلفة من خلال نظام تعدد إرسال بصري بحيث يمكن نقل البيانات عبر ليف ضوئي واحد. يظهر الرسم التخطيطي لهيكل نظامها في الشكل.

مخطط انتشار تقنية إدارة الطلب على المياه

يُعد مُضاعِف الموجة الضوئية ومزيل تعدد إرسال الموجات الضوئية جوهر نظام WDM بأكمله. في الوقت الحاضر ، يمكن دمج وظيفتي مُضاعِف الموجة وفك تعدد الإرسال في آلة واحدة ، والتي تُعتبر بمثابة نظام تعدد إرسال بصري ، على غرار المودم الذي يمكنه أداء وظائف التعديل وإزالة التشكيل في نظام نقل النحاس المبكر. مع تطور العلم والتكنولوجيا ، تم تحسين حساسية الآلات المتعلقة بنظام تعدد الإرسال البصري ، وتمكنت من إجراء عمليات تعدد الإرسال وإزالة تعدد الإرسال على الإشارات الضوئية ذات الأطوال الموجية والترددات المتشابهة جدًا ، مما يضع أساسًا متينًا لـ تطبيق واسع لتقنية DWDM.

قناة	التردد المركزي (THz)	الطول الموجي (نانومتر)	قناة	التردد المركزي (THz)	الطول الموجي (نانومتر)	قناة	التردد المركزي (THz)	الطول الموجي (نانومتر)	قناة	التردد المركزي (THz)	الطول الموجي (نانومتر)
C21	192.1	1560.61	C31	193.1	1552.52	C41	194.1	1544.53	C51	195.1	1536.61
C22	192.2	1559.79	C32	193.2	1551.72	C42	194.2	1543.73	C52	195.2	1535.82
C23	192.3	1558.98	C33	193.3	1550.92	C43	194.3	1542.94	C53	195.3	1535.04
C24	192.4	1558.17	C34	193.4	1550.12	C44	194.4	1542.14	C54	195.4	1534.25
C25	192.5	1557.36	C35	193.5	1549.32	C45	194.5	1541.35	C55	195.5	1533.47
C26	192.6	1556.55	C36	193.6	1548.51	C46	194.6	1540.56	C56	195.6	1532.68
C27	192.7	1555.75	C37	193.7	1547.72	C47	194.7	1539.77	C57	195.7	1531.9
C28	192.8	1554.94	C38	193.8	1546.92	C48	194.8	1538.98	C58	195.8	1531.12
C29	192.9	1554.13	C39	193.9	1546.12	C49	194.9	1538.19	C59	195.9	1530.33
C30	193	1553.33	C40	194	1545.32	C50	195	1537.4	C60	196	1529.56

الطول الموجي DWDM: تخصيص الطول الموجي لـ 40 موجة DWDM 100G

في نظام DWDM ، يمكن أن ينقل كابل بصري واحد موجات ضوئية متعددة بأطوال موجية وترددات مختلفة ، وتنتشر هذه الموجات الضوئية عبر قنوات بصرية مختلفة مقسمة في الألياف الضوئية ، مما يجعل سرعة البيانات التي كانت في الأصل 2.5 جيجابايت / ثانية في يتم زيادة الكابل البصري عدة مرات. في الوقت الحاضر ، وصل الحد الأقصى لحركة البيانات التي يمكن نقلها بواسطة ألياف مفردة إلى 400 جيجابت / ثانية. يتمتع نظام DWDM بمزايا لا تضاهى في التطبيق.

أولاً ، يتم الجمع بين الإشارات الضوئية المتعددة على قناة واحدة للإرسال ، مما يحسن بشكل فعال كفاءة نقل البيانات. ثانيًا ، يمكن لهذه التقنية أن تقلل التكاليف بشكل فعال ، خاصة في عملية نقل البيانات لمسافات طويلة باستخدام الألياف الضوئية كناقلات نقل. يمكن لتقنية تعدد الإرسال البصري ، وخاصة تقنية DWDM ، توفير الألياف الضوئية ومعدات تجديد الإشارات الضوئية بشكل كبير ، وفي الوقت نفسه ، تؤدي تقنية EDFA ، والتعديل الخارجي ، والامتصاص الكهربائي ، وغيرها من التقنيات المشاركة في الإرسال إلى الخسارة والتشتت المسموح به للقفزات من نظام النقل بأكمله أكبر ، مما يوسع بشكل فعال مسافة الإرسال.

في الوقت نفسه ، يكافئ نظام DWDM التمثيل الافتراضي لقنوات ألياف بصرية متعددة في ألياف بصرية واحدة ، لذلك فهو يتمتع بتوافق جيد لنقل البيانات المختلفة ، مما يحسن بشكل فعال من بقاء نظام نقل الألياف الضوئية بأكمله ، كما أنه مناسب جدًا لعمليات التوسع.

مخطط النظام النظري لتقنية DWDM

تحليل شبكة DWDM

تحدد خصائص الألياف الضوئية الخاصة أنه من الصعب تصحيحها بعد اكتمال وضع شبكة الألياف الضوئية. تتضمن شبكة DWDM تقنيات مختلفة ، لذا يجب التعامل معها بمزيد من الحذر في عملية التصميم.

الهيكل العام لـ نظام DWDM مع مضاعفة الطول الموجي N يتضمن بشكل أساسي ما يلي:

• وحدة المستجيب البصري (OTU) ؛
• معدد تقسيم الطول الموجي: مزيل تعدد الإرسال البصري / معدد الإرسال (ODU / OMU) ؛
• مكبر بصري (BA / LA / PA) ؛

الهيكل العام لنظام DWDM مع مضاعفة الطول الموجي N

يعتبر تصنيف شبكات DWDM معقدًا بمعايير التصنيف المختلفة ، بما في ذلك طريقة نقل الخدمات ، وما إذا كان يمكن تحويل الطول الموجي ، وما إذا كان هناك تحويل كهروضوئي في عملية النقل ، وما إلى ذلك. يجب مراعاة البنية الطوبولوجية للشبكة أثناء بنائها و تصميم.

مثل شبكة نقل البيانات التقليدية ، تنقسم شبكة DWDM أيضًا إلى شبكات شبكية وحلقة ونجمة وحافلة في هيكل طوبولوجي. في بيئة التطبيق الحالية ، تعد طرق الشبكات الشبكية والحلقة أكثر شيوعًا. عند تحديد وضع الشبكة ، تشمل العوامل الرئيسية التي يجب مراعاتها التكلفة وأداء الشبكة. على وجه التحديد ، يجب أن يتضمن الحد الأقصى لحجم البيانات من نقطة إلى نقطة التي يمكن للشبكة نقلها ، وإمكانيات توجيه الشبكة ، وأمن الشبكة ، ومرونة الشبكة المستقلة ، وما إلى ذلك.

على أساس الاعتبار العام للمشكلات المذكورة أعلاه ، يتم تحديد الشكل النهائي والمعايير ذات الصلة للشبكة وفقًا لخصائص الهياكل الطوبولوجية المختلفة. يوصى عمومًا بتبني مخطط تصميم موحد لتجنب تقسيم عملية التصميم بأكملها إلى عدة مراحل ، والتي يمكن أن تحافظ بشكل فعال على اتساق تخطيط موقع الويب بالكامل وتحسين قدرة الاتصال الشاملة للشبكة.

بأخذ شبكة الألياف الشبكية كمثال ، يحتاج المصممون إلى إيلاء اهتمام خاص للاحتياجات البيئية ومراعاة التغييرات في بيئة الطلب بأكملها في عملية التطوير المستقبلية ، ثم تقدير المعلمات المقابلة وفقًا للاحتياجات ، بما في ذلك الحجم من OXC الموجودة في العقد المختلفة ، وعدد الألياف ، ومتطلبات الطول الموجي بين العقد. نظرًا للقدرة الضعيفة على الإصلاح الذاتي لطوبولوجيا الشبكة ، فإن المشكلات التي يجب تحديدها في عملية التصميم تتركز بشكل أساسي على سعة الشبكة ، خاصةً عند فشل الطريق أو العقدة المرتبطة في الشبكة ، مشكلة حامل النقل المتعلقة بمتطلبات البيانات هي النقطة الرئيسية التي يجب مراعاتها.

في المقابل ، فإن قدرة الشفاء الذاتي للشبكة الحلقية أفضل قليلاً ، لذلك يتم إيلاء المزيد من الاهتمام لتصميم مستوى الشبكة. يجب أيضًا إيلاء اهتمام خاص لمشكلة تجزئة وتحديد موقع بنية الشبكة الحلقية ووظيفتها على أساس التوجيه داخل الحلقة وتوزيع الطول الموجي. تختلف عن شبكة الألياف الشبكية ، لا تحتاج الشبكة الحلقية إلى النظر في تخصيص سعة الشبكة الخاملة ، لأن السعة الخاملة نفسها مضمنة في الشبكة الحلقية. بعد عملية تصميم الشبكة ، يجب أيضًا مراعاة مشكلات التحسين لشبكات DWDM. يحتاج هذا إلى تحسين تكوين كل ارتباط وفقًا للمعلمات الفعلية في الشبكة ، وقد تم تنفيذ العملية حتى يتم وضع الشبكة بالكامل.

في بيئة مع معدل انتقال أكثر من 10Gb / ثانية، مشاكل مثل تشويه الإشارة لها تأثير كبير على جودة الإرسال ، لذا فإن تحسين الشبكة أمر بالغ الأهمية. في هذه العملية ، يشمل العمل تحديد التكوين الأساسي أثناء تقديم العطاءات للمشروع ، وقياس المعلمات الفعلية أثناء تنفيذ المشروع ، وتعديل وحدة DCM وبطاقة المضخة ، وإعدادات المعلمات الفعلية لكل شريحة محددة وفقًا لنتائج القياس ، وتعديل إشارة التأكيد المسبق ، والعديد من الجوانب الأخرى. فقط من خلال التنفيذ الدقيق لكل ارتباط يمكننا الحصول على خدمات إرسال إشارات عالية الجودة.

وحدة DWDM الضوئية تحقق زيادة منخفضة التكلفة في سعة الألياف

في أوضاع النقل التقليدية ، لا يمكن للألياف الواحدة سوى نقل الإشارات الحاملة الضوئية التي تحمل نوعًا واحدًا من المعلومات.

وحدة بصرية عادية ثنائية الألياف (تنقل أكثر من ألياف ثنائية النواة).

يمكن استبداله بوحدة بصرية BIDI (الإرسال عبر ألياف أحادية النواة) عند الحاجة إلى خدمات إضافية ولكن موارد الألياف محدودة.

عندما يستمر عدد الخدمات في الزيادة ولم يعد BIDI كافياً ، يمكن استخدام الوحدة البصرية WDM (بشكل أساسي DWDM) ، وهو ما نقدمه هنا - الوحدة البصرية DWDM SFP والوحدة البصرية DWDM SFP +.

حول مضاعفة تقسيم الطول الموجي (DWDM)

تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي DWDM هو WDM ، وهو تعدد إرسال الإشارات الضوئية بأطوال موجية مختلفة في ليف واحد للإرسال.

في وضع النقل التقليدي ، يمكن للألياف الواحدة أن تحمل نوعًا واحدًا فقط من إشارات الناقل البصري للمعلومات. في حالة الخدمات المختلفة ، يلزم وجود ألياف مختلفة للإرسال. يمكن أن توفر تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي DWDM قنوات ألياف افتراضية متعددة على ألياف مادية واحدة.

تكون قنوات DWDM أكثر تباعدًا وتستخدم نوافذ نقل C-band (1525nm-1565nm) و L-band (1570nm-1610nm) ، وهي مقاطع صغيرة مأخوذة من داخل نطاق الطول الموجي CWDM. تباعد قناة DWDM هو 0.4 نانومتر ، 0.8 نانومتر ، 1.6 نانومتر ، إلخ (تباعد نطاق CWDM هو 20 نانومتر) ، وهو أصغر ويتطلب أجهزة تحكم إضافية في الطول الموجي.

وحدة الإرسال والاستقبال الضوئية DWDM

تعد الوحدات البصرية DWDM ، والمعروفة أيضًا باسم الوحدات الضوئية للضوء الملون ، مكونًا مهمًا في الوحدات الضوئية لتحويل الإشارات الإلكترونية الضوئية. على غرار الوحدات الضوئية العادية ، يجب استخدام الوحدات البصرية DWDM مع معددات تقسيم الطول الموجي DWDM لتعدد إرسال الإشارات الضوئية ذات الأطوال الموجية المختلفة على ليف واحد للإرسال. في الطرف المستقبل للوصلة ، يتم فك تعدد إرسال الإشارة المختلطة في الألياف إلى إشارات ذات أطوال موجية مختلفة بواسطة مزيل تعدد الإرسال البصري لتحقيق إرسال اتصالات لمسافات طويلة.

تشمل أنواع الحزم الشائعة للوحدات البصرية DWDM SFP و SFP + و XFP و SFP28 و QSFP + و QSFP28 ، والتي تتمتع بمزايا قدرة النقل العالية ، الحجم الصغير ، استهلاك الطاقة المنخفض ، واجهة LC المزدوجة ، DDM (وظيفة التشخيص الرقمي) ، إلخ.

تشمل الوحدات البصرية DWDM الشائعة 1.25G SFP DWDM ، و 10 G SFP + DWDM ، و 10 G XFP CWDM ، 25 جرام SFP28 DWDMو 40 جرام QSFP + DWDM و 100 جرام QSFP28 DWDM. مسافة النقل المشتركة للوحدات البصرية DWDM هي 40 كم ، وتتوفر أيضًا خيارات 80 كم و 120 كم (يمكن استخدام محطات ترحيل متعددة لتمديد مسافة الإرسال إلى ما بعد 120 كم).

اثنان من الحلول التطبيقية لوحدات الإرسال والاستقبال الضوئية DWDM

حل نقل DWDM ثنائي الألياف أحادي الاتجاه

يشير ثنائي الألياف أحادي الاتجاه إلى النقل المتزامن لجميع المسارات الضوئية في نفس الاتجاه على ليف واحد. تحمل الأطوال الموجية المختلفة إشارات بصرية مختلفة ، والتي تتعدد إرسالها في نهاية الإرسال وتنتقل عبر ليف واحد. في الطرف المستقبل ، يتم فك تعدد إرسالهم لإكمال إرسال إشارات ضوئية متعددة ، بينما يتم إرسال الاتجاه المعاكس عبر ألياف أخرى. يتم إكمال اتجاهي النقل بواسطة ألياف منفصلة.

حل نقل DWDM أحادي الاتجاه ثنائي الاتجاه

يعني ثنائي الاتجاه أحادي الألياف أن الإشارة الضوئية تعتمد أطوال موجية مختلفة للإرسال والاستقبال على ليف واحد لتحقيق نقل ثنائي الاتجاه للخدمات.