DWDM-Technologie: Ihre Entwicklung und Anwendung

Grundlagen Einführung in DWDM

Wellenlängenmultiplex WDM ist eine Technologie, die optische Signale unterschiedlicher Wellenlänge zur Übertragung in eine einzige Faser multiplext.

• CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) verwendet große Wellenlängenabstände, normalerweise 20 nm voneinander entfernt.
• DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) verwendet enge Wellenlängenabstände, typischerweise zwischen 0.8 und 2 nm.

Jetzt konzentrieren wir uns auf die Einführung der DWDM-Technologie (Dense Wavelength Division Multiplexing) in WDM.

DWDM kombiniert optische Träger zur Übertragung auf einer einzigen Faser und erhöht so die Übertragungskapazität jeder Faser. DWDM kann SDH-Dienste, IP-Dienste und ATM-Dienste übertragen.

Der Standard der ITU International Telecommunication Union für DWDM-Wellenlängen beträgt 1528.77 nm bis 1563.86 nm, hauptsächlich im C-Band mit geringer Dämpfung und Dispersion. Bei einem Wellenlängenabstand von 100 GHz (0.8 nm) können 40 Kanäle vorhanden sein, bei einem Wellenlängenabstand von 50 GHz (0.4 nm) können 80 Kanäle vorhanden sein.

Die Struktur der DWDM-Einheit

Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) ist derzeit eine relativ fortschrittliche optische Faserkommunikationstechnologie. Mit der Entwicklung von Wirtschaft und Technologie ist auch die Nachfrage der Menschen nach Datenübertragungsgeschwindigkeit auf ein relativ hohes Niveau gestiegen, was zu guten Aussichten für die DWDM-Technologie geführt hat.

• Optischer Transponder: Wandelt Wellenlängenlichtsignale um;
• Optischer Multiplexer und Splitter: Kombiniert und teilt Lichtsignale fester Wellenlänge;
• Optischer Verstärker (OLA): Der OLA befindet sich in der Mitte des optischen Übertragungsabschnitts und verstärkt das optische Signal.
• Optischer Überwachungskanal: Wird für die Verwaltung und Überwachung des DWDM-Systems verwendet, sodass das Netzwerkverwaltungssystem das DWDM-System effektiv verwalten kann.

Das Funktionsprinzip des DWDM-Systems

Unidirektionale Übertragung über zwei Fasern

Ein unidirektionales WDM-System verwendet zwei optische Fasern. Eine Faser übernimmt nur die Übertragung optischer Signale in eine Richtung, und die Übertragung umgekehrter optischer Signale erfolgt über die andere Faser.

Vorteile: Jedes Signal wird von einer anderen Wellenlänge übertragen, sodass keine Interferenzen auftreten und die gleiche Wellenlänge in beide Richtungen wiederverwendet werden kann.

Nachteile: Geringe Auslastung der Glasfaser- und optischen Geräteressourcen.

Bidirektionale Einzelfaserübertragung

Ein bidirektionales Wellenlängenmultiplexsystem (WDM) verwendet eine einzige Faser, um Signale in beide Richtungen zu übertragen, wobei unterschiedliche Wellenlängen die Signale in jede Richtung übertragen, wodurch eine Vollduplex-Kommunikation erreicht wird.

Vorteile: Die Anzahl der verwendeten Fasern und Leitungsverstärker kann reduziert werden, wodurch Kosten gespart werden.

Nachteile: hohe Anforderungen, Mehrkanalinterferenzen müssen gelöst werden, längere Übertragungsentfernung erfordert optische Verstärkung.

Klassifizierung von DWDM-Systemen

Öffnen Sie das DWDM-System

Auf der Übertragungsseite wird OTU verwendet, um nicht standardmäßige Wellenlängen in Standardwellenlängen umzuwandeln. Die Hauptfunktion dieses Geräts besteht darin, nicht standardmäßige Wellenlängen in von ITU-T spezifizierte Standardwellenlängen umzuwandeln, um die Wellenlängenkompatibilität des Systems zu gewährleisten.

Integriertes DWDM-System

Das Servicesignal selbst entspricht bereits der Standardwellenlänge und es ist keine OTU am Transceiver und Sender erforderlich.

Schlüsselkomponenten von DWDM

Lichtquelle:

Die Funktion der Lichtquelle besteht darin, Laser oder Fluoreszenz zu erzeugen, was ein wichtiges Gerät in faseroptischen Kommunikationssystemen ist.

Die Lichtquelle des DWDM-Systems weist eine relativ große Dispersionstoleranz sowie eine standardmäßige und stabile Wellenlänge auf.

Es gibt zwei Modulationsverfahren für Laser: direkte Modulation und indirekte Modulation.

Fotodetektor:

Die Aufgabe des Fotodetektors besteht darin, das empfangene optische Signal in ein entsprechendes elektrisches Signal umzuwandeln.

Da das über die Faser übertragene optische Signal im Allgemeinen sehr schwach ist, werden hohe Anforderungen an den Fotodetektor gestellt.

Optischer Verstärker:

Der optische Verstärker wird zur Verstärkung des optischen Signals verwendet und umfasst hauptsächlich Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) und Raman-Faserverstärker.

Optischer Multiplexer und optischer Demultiplexer:

Die Kernkomponenten des WDM-Systems sind Wellenlängenmultiplexer, also optische Multiplexer und optische Demultiplexer, die eigentlich optische Filter sind. Ihre Eigenschaften bestimmen weitgehend die Leistung des gesamten Systems, und die Anforderungen sind eine ausreichende Anzahl von Multiplexkanälen, eine geringe Einfügungsdämpfung, ein großer Durchlassbereich usw.

Es gibt viele Arten von optischen Wellenlängenmultiplexern, die grob in vier Kategorien unterteilt werden können: Interferenzfiltertyp, Faserkopplertyp, Gittertyp und Array-Wellenleitergittertyp.

Arten von Netzwerken

Punkt-zu-Punkt-Netzwerk

Mesh-Netzwerk

Ring-Netzwerk

Vorteile der DWDM-Technologie

• Extrem große Kapazität: Da die DWDM-Technologie die Bandbreitenressourcen der Glasfaser voll ausnutzt und Dutzende oder sogar Hunderte von Kanälen in einer einzigen Glasfaser multiplext, wird die Kapazität einer einzelnen Glasfaser erheblich verbessert.
• „Transparente“ Übertragung von Daten: Das DWDM-System ist für „Daten“ transparent und unabhängig von der Signalrate und der elektrischen Modulationsmethode. Daher können mehrere Geschäftssignale mit völlig unterschiedlichen Raten, Formaten und Eigenschaften gleichzeitig übertragen werden.
• Bequeme und flexible Systemaktualisierung und -erweiterung: Neue Dienste können durch Hinzufügen von Wellenlängen eingeführt werden, ohne bestehende Dienste zu unterbrechen, wodurch der Schutz bestehender Investitionen maximiert wird.
• Wirtschaftlich und zuverlässig vernetzen: Das neue Kommunikationsnetzwerk aufgebaut mit DWDM Die Technologie ist viel einfacher als das Netzwerk, das aus herkömmlicher elektrischer Zeitmultiplex-Technologie besteht, und die Netzwerkhierarchie ist klar. Aufgrund der vereinfachten Netzwerkstruktur, der klaren Hierarchie und der bequemen Geschäftsplanung sind die Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit des Netzwerks offensichtlich.
• Bilden Sie ein vollständig optisches Netzwerk: Die DWDM-Technologie wird eine der Schlüsseltechnologien für die Verwirklichung eines vollständig optischen Netzwerks sein, und DWDM-Systeme können mit zukünftigen vollständig optischen Netzwerken kompatibel sein. In Zukunft könnte es möglich sein, ein transparentes und äußerst überlebensfähiges rein optisches Netzwerk auf der Grundlage des bereits aufgebauten DWDM-Netzwerks zu erreichen.

Die DWDM- und CWDM-Technologie sind zwei unterschiedliche Produkte der Wellenlängenmultiplex-Technologie und bieten jeweils Vorteile in unterschiedlichen Netzwerkschichten.

Aufgrund der geringen Kosten und des einfachen Aufbaus hat die CWDM-Technologie mit ihren Multi-Service-Funktionen gute Einsatzaussichten in der Zugangsschicht von Metropolnetzen. Die DWDM-Technologie hingegen wird aufgrund ihrer hohen Kapazität und Übertragungseigenschaften über große Entfernungen bevorzugt für Backbone-Netzwerke, zentrale Stadtnetze und Backbone-Übertragungsgeräte für lokale Netzwerke verwendet.

Bei der Auswahl einer CWDM/DWDM-Lösung sollte die beste Lösung ausgewählt werden, indem die Projektanforderungen und das Budget berücksichtigt und auch deren Eigenschaften und Unterschiede kombiniert werden.

Diskussion zur DWDM-Technologie

DWDM gehört zur Wellenlängenmultiplex-Technologie (WDM), einer ausgereiften Technologie, die im Bereich der Glasfaser-Kommunikationsübertragung weit verbreitet ist. WDM nutzt die Übertragungseigenschaften von Lichtwellen, um Lichtwellen unterschiedlicher Wellenlänge und Frequenz über ein optisches Multiplexsystem zusammenzupressen, sodass Daten über eine einzige optische Faser übertragen werden können. Das schematische Diagramm seiner Systemstruktur ist in der Abbildung dargestellt.

Ausbreitungsdiagramm der WDM-Technologie

Der Lichtwellen-Multiplexer und der Lichtwellen-Demultiplexer sind der Kern des gesamten WDM-Systems. Derzeit können die beiden Funktionen Wellenmultiplexer und Demultiplexer in einer Maschine integriert werden, die als optisches Multiplexsystem betrachtet wird, ähnlich dem Modem, das sowohl Modulations- als auch Demodulationsfunktionen im frühen Kupferübertragungssystem ausführen kann. Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie wurde die Empfindlichkeit der mit dem optischen Multiplexsystem verbundenen Maschinen verbessert und es war möglich, Multiplex- und Demultiplexvorgänge an optischen Signalen mit sehr ähnlichen Wellenlängen und Frequenzen durchzuführen, was eine solide Grundlage dafür bildet breite Anwendung der DWDM-Technologie.

Kanal	Mittenfrequenz (THz)	Wellenlänge (nm)	Kanal	Mittenfrequenz (THz)	Wellenlänge (nm)	Kanal	Mittenfrequenz (THz)	Wellenlänge (nm)	Kanal	Mittenfrequenz (THz)	Wellenlänge (nm)
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

DWDM-Wellenlänge: Wellenlängenzuteilung von 40-Wellen-DWDM 100G

In einem DWDM-System kann ein einzelnes optisches Kabel mehrere Lichtwellen mit unterschiedlichen Wellenlängen und Frequenzen übertragen, und diese Lichtwellen breiten sich entlang verschiedener optischer Kanäle aus, die in der Glasfaser unterteilt sind, wodurch die Geschwindigkeit der Daten, die ursprünglich 2.5 GB/s betrug, erreicht wird ein optisches Kabel um ein Vielfaches erhöht werden. Derzeit hat der maximale Datenverkehr, der über eine einzelne Faser übertragen werden kann, 400 Gb/s erreicht. Das DWDM-System hat unvergleichliche Vorteile in der Anwendung.

Erstens werden mehrere optische Signale zur Übertragung auf einem Kanal kombiniert, was die Übertragungseffizienz von Daten effektiv verbessert. Zweitens kann diese Technologie insbesondere bei der Datenübertragung über große Entfernungen mit Lichtwellenleitern als Übertragungsträger effektiv Kosten senken. Durch die optische Multiplexing-Technologie, insbesondere die DWDM-Technologie, können optische Fasern und Geräte zur optischen Signalregeneration erheblich eingespart werden. Gleichzeitig sorgen die EDFA-Technologie, die externe Modulation, die Elektroabsorption und andere an der Übertragung beteiligte Technologien für einen zulässigen Verlust und eine zulässige Streuung der Sprünge des gesamten Übertragungssystems größer, wodurch die Übertragungsentfernung effektiv verlängert wird.

Gleichzeitig entspricht das DWDM-System der Virtualisierung mehrerer Glasfaserkanäle in einer Glasfaser, sodass es eine gute Kompatibilität für die Übertragung verschiedener Daten aufweist, die Überlebensfähigkeit des gesamten Glasfaserübertragungssystems effektiv verbessert und außerdem sehr praktisch ist für Ausbauarbeiten.

theoretisches Systemdiagramm der DWDM-Technologie

Netzwerkanalyse von DWDM

Die eigenen Eigenschaften von Glasfasern bestimmen, dass es schwierig ist, sie zu korrigieren, nachdem das Verlegen des Glasfasernetzes abgeschlossen ist. Das DWDM-Netzwerk umfasst verschiedene Technologien, daher sollte es im Designprozess mit größerer Vorsicht behandelt werden.

Die Gesamtstruktur der DWDM-System mit N-Wellenlängen-Multiplexing umfasst hauptsächlich Folgendes:

• Optische Transpondereinheit (OTU);
• Wellenlängenmultiplexer: Optischer Demultiplexer/Multiplexer (ODU/OMU);
• Optischer Verstärker (BA/LA/PA);

Die Gesamtstruktur des DWDM-Systems mit N-Wellenlängen-Multiplexing

Die Klassifizierung von DWDM-Netzwerken ist mit verschiedenen Klassifizierungskriterien kompliziert, einschließlich der Art der Übertragung von Diensten, ob Wellenlänge konvertiert werden kann, ob eine photoelektrische Konvertierung im Übertragungsprozess stattfindet usw. Die topologische Struktur des Netzwerks muss während seines Aufbaus und berücksichtigt werden Design.

Wie das traditionelle Datenübertragungsnetz ist auch das DWDM-Netz in der topologischen Struktur in Maschen-, Ring-, Stern- und Busnetze unterteilt. In der aktuellen Anwendungsumgebung sind Maschen- und Ringvernetzungsverfahren üblicher. Bei der Bestimmung des Netzwerkmodus müssen vor allem die Kosten und die Netzwerkleistung berücksichtigt werden. Insbesondere sollte es das maximale Punkt-zu-Punkt-Datenvolumen, das das Netzwerk übertragen kann, Netzwerk-Routing-Fähigkeiten, Netzwerksicherheit, autonome Belastbarkeit des Netzwerks usw. umfassen.

Auf der Grundlage der Gesamtbetrachtung der obigen Probleme werden die endgültige Form und zugehörige Parameter des Netzwerks gemäß den Eigenschaften verschiedener topologischer Strukturen bestimmt. Es wird allgemein empfohlen, ein einheitliches Designschema zu verwenden, um eine Aufteilung des gesamten Designprozesses in mehrere Phasen zu vermeiden, wodurch die Konsistenz der gesamten Website-Planung effektiv aufrechterhalten und die umfassende Kommunikationsfähigkeit des Netzwerks verbessert werden kann.

Am Beispiel des Mesh-Fasernetzwerks müssen Designer den Umweltanforderungen besondere Aufmerksamkeit schenken und die Änderungen im gesamten Nachfrageumfeld im zukünftigen Entwicklungsprozess berücksichtigen und dann die entsprechenden Parameter gemäß den Anforderungen, einschließlich der Größe, abschätzen des OXC, das sich an verschiedenen Knoten befindet, die Anzahl der Fasern und die Wellenlängenanforderungen zwischen den Knoten. Aufgrund der schwachen Selbstheilungsfähigkeit der Maschentopologie konzentrieren sich die Probleme, die im Designprozess ermittelt werden müssen, im Wesentlichen auf die Kapazität des Netzwerks, insbesondere wenn die zugehörige Straße oder der Knoten im Netzwerk ausfällt, das Transfer Bearer-Problem im Zusammenhang mit den Datenanforderungen ist der wichtigste zu berücksichtigende Punkt.

Im Gegensatz dazu ist die Selbstheilungsfähigkeit des Ringnetzwerks etwas besser, sodass der Gestaltung der Netzwerkebene mehr Aufmerksamkeit geschenkt wird. Besondere Aufmerksamkeit sollte auch dem Problem des Segmentierens und Lokalisierens der Ringnetzwerkstruktur und -funktion auf der Grundlage von Intra-Ring-Routing und Wellenlängenzuweisung geschenkt werden. Anders als beim Mesh-Glasfasernetzwerk muss das Ringnetzwerk die Zuweisung von ungenutzter Netzwerkkapazität nicht berücksichtigen, da die ungenutzte Kapazität selbst in das Ringnetzwerk eingebettet ist. Nach dem Netzwerkdesignprozess müssen auch Optimierungsfragen für DWDM-Netzwerke berücksichtigt werden. Dies muss die Konfiguration jeder Verbindung gemäß den tatsächlichen Parametern im Netzwerk optimieren, und der Prozess wurde durchgeführt, bis das gesamte Netzwerk verlegt ist.

In einer Umgebung mit einer Übertragungsrate von mehr als 10Gb / s, Probleme wie Signalverzerrungen haben einen großen Einfluss auf die Übertragungsqualität, daher ist die Optimierung des Netzwerks von entscheidender Bedeutung. Die Arbeiten umfassen dabei die Ermittlung der Grundkonfiguration während der Projektausschreibung, die Messung der Ist-Parameter während der Projektausführung, die Anpassung des DCM-Moduls und der Pumpenkarte sowie die tatsächliche Parametereinstellung jedes spezifischen Segments gemäß den Messergebnissen , und die Einstellung der Signalvorverzerrung und viele andere Aspekte. Nur durch die sorgfältige Implementierung jeder Verbindung können wir qualitativ hochwertige Signalübertragungsdienste erhalten.

Das optische DWDM-Modul ermöglicht eine kostengünstige Erweiterung der Glasfaserkapazität

In herkömmlichen Übertragungsmodi kann eine einzelne Faser nur optische Trägersignale übertragen, die eine Art von Information tragen.

Gewöhnliches optisches Doppelfasermodul (Übertragung über 2-adrige Fasern).

Es kann durch ein optisches BIDI-Modul (Übertragung über eine Single-Core-Glasfaser) ersetzt werden, wenn zusätzliche Dienste benötigt werden, aber die Glasfaserressourcen begrenzt sind.

Wenn die Anzahl der Dienste weiter zunimmt und BIDI nicht mehr ausreicht, kann ein optisches WDM-Modul (hauptsächlich DWDM) verwendet werden, das wir hier vorstellen: optisches DWDM-SFP-Modul und optisches DWDM-SFP+-Modul.

Über Wellenlängenmultiplex (DWDM)

DWDM-Wellenlängenmultiplex ist ein WDM, bei dem optische Signale unterschiedlicher Wellenlänge zur Übertragung in eine Faser gemultiplext werden.

Im herkömmlichen Übertragungsmodus kann eine Faser nur eine Art optisches Trägersignal übertragen. Bei unterschiedlichen Diensten werden unterschiedliche Fasern zur Übertragung benötigt. Die DWDM-Wellenlängenmultiplextechnologie kann mehrere virtuelle Glasfaserkanäle auf einer einzigen physischen Glasfaser bereitstellen.

DWDM-Kanäle sind dichter verteilt und nutzen C-Band- (1525 nm–1565 nm) und L-Band-Übertragungsfenster (1570 nm–1610 nm), bei denen es sich um kleine Segmente aus dem CWDM-Wellenlängenbereich handelt. Der DWDM-Kanalabstand beträgt 0.4 nm, 0.8 nm, 1.6 nm usw. (CWDM-Bandabstand beträgt 20 nm), was kleiner ist und zusätzliche Wellenlängensteuergeräte erfordert.

Optisches DWDM-Transceivermodul

DWDM-Optikmodule, auch Farblichtoptikmodule genannt, sind ein wichtiger Bestandteil optischer Module zur Umwandlung optoelektronischer Signale. Ähnlich wie gewöhnliche optische Module müssen optische DWDM-Module mit DWDM-Wellenlängenmultiplexern verwendet werden, um optische Signale unterschiedlicher Wellenlänge zur Übertragung auf eine einzige Faser zu multiplexen. Am Empfangsende der Verbindung wird das gemischte Signal in der Faser durch einen optischen Demultiplexer in Signale unterschiedlicher Wellenlänge demultiplext, um eine Kommunikationsübertragung über große Entfernungen zu ermöglichen.

Zu den gängigen Gehäusetypen für optische DWDM-Module gehören SFP, SFP+, usw.

Zu den gängigen optischen DWDM-Modulen gehören 1.25G SFP DWDM, 10G SFP+ DWDM, 10G XFP CWDM, 25G SFP28 DWDM, 40G QSFP+ DWDM und 100G QSFP28 DWDM. Die übliche Übertragungsentfernung optischer DWDM-Module beträgt 40 km, es sind auch Optionen für 80 km und 120 km verfügbar (mehrere Relaisstationen können verwendet werden, um die Übertragungsentfernung auf mehr als 120 km zu erweitern).

Zwei Anwendungslösungen für optische DWDM-Transceivermodule

Unidirektionale DWDM-Übertragungslösung mit zwei Fasern

Unter Dual-Fiber unidirektional versteht man die gleichzeitige Übertragung aller optischen Pfade in die gleiche Richtung auf einer einzigen Faser. Unterschiedliche Wellenlängen übertragen unterschiedliche optische Signale, die am Sendeende gemultiplext und über eine einzige Faser übertragen werden. Auf der Empfangsseite werden sie demultiplext, um die Übertragung mehrerer optischer Signale abzuschließen, während die Übertragung in entgegengesetzter Richtung über eine andere Faser erfolgt. Die beiden Übertragungsrichtungen werden durch zwei getrennte Fasern vervollständigt.

Bidirektionale Einzelfaser-DWDM-Übertragungslösung

Einzelfaser-Bidirektional bedeutet, dass das optische Signal zum Senden und Empfangen auf einer einzelnen Faser unterschiedliche Wellenlängen verwendet, um eine bidirektionale Übertragung von Diensten zu erreichen.