Technologie DWDM : son développement et son application

Présentation de base de DWDM

Multiplexage par répartition en longueur d'onde WDM est une technologie qui multiplexe les signaux optiques de différentes longueurs d'onde dans une seule fibre pour la transmission.

• Le CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) utilise un large espacement des longueurs d'onde, généralement à 20 nm.
• Le DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) utilise un espacement de longueur d'onde étroit, généralement entre 0.8 et 2 nm.

Maintenant, nous allons nous concentrer sur l'introduction de la technologie Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) dans WDM.

DWDM combine des porteuses optiques sur une seule fibre pour la transmission, augmentant la capacité de transmission de chaque fibre. DWDM peut transporter des services SDH, des services IP et des services ATM.

La norme de l'Union internationale des télécommunications de l'UIT pour les longueurs d'onde DWDM est de 1528.77 nm à 1563.86 nm, principalement dans la bande C avec une faible atténuation et dispersion. L'espacement de longueur d'onde de 100 GHz (0.8 nm) peut avoir 40 canaux, l'espacement de longueur d'onde de 50 GHz (0.4 nm) peut avoir 80 canaux.

La structure de l'unité DWDM

Le multiplexage par répartition en longueur d'onde dense (DWDM) est une technologie de communication par fibre optique relativement avancée à l'heure actuelle. Avec le développement de l'économie et de la technologie, la demande des gens en matière de vitesse de transmission de données a également augmenté à un niveau relativement élevé, ce qui ouvre la voie à la technologie DWDM.

• Transpondeur optique : convertit les signaux lumineux de longueur d'onde ;
• Multiplexeur et séparateur optique : combine et divise les signaux lumineux à longueur d'onde fixe ;
• Amplificateur optique (OLA) : situé au milieu de la section de transmission optique, l'OLA amplifie le signal optique ;
• Canal de supervision optique : utilisé pour effectuer la gestion et la surveillance du système DWDM, afin que le système de gestion du réseau puisse gérer efficacement le système DWDM.

Le principe de fonctionnement du système DWDM

Transmission unidirectionnelle à double fibre

Un système WDM unidirectionnel utilise deux fibres optiques. Une fibre complète uniquement la transmission des signaux optiques dans une direction, et la transmission des signaux optiques inverses est complétée par l'autre fibre.

Avantages : Chaque signal est porté par une longueur d'onde différente, garantissant qu'il n'y a pas d'interférence, et la même longueur d'onde peut être réutilisée dans les deux sens.

Inconvénients : faible utilisation des ressources de fibre et de dispositifs optiques.

Transmission bidirectionnelle monofibre

Un système de multiplexage par répartition en longueur d'onde bidirectionnel (WDM) utilise une seule fibre pour transmettre des signaux dans les deux sens, avec différentes longueurs d'onde transportant les signaux dans chaque direction, réalisant une communication en duplex intégral.

Avantages : peut réduire le nombre de fibres et d'amplificateurs de ligne utilisés, ce qui réduit les coûts.

Inconvénients : exigences élevées, nécessité de résoudre les interférences multicanaux, distance de transmission étendue nécessitant une amplification optique.

Classification des systèmes DWDM

Système DWDM ouvert

Du côté de la transmission, OTU est utilisé pour convertir les longueurs d'onde non standard en longueurs d'onde standard. La fonction principale de cet appareil est de convertir les longueurs d'onde non standard en longueurs d'onde standard spécifiées par l'UIT-T pour répondre à la compatibilité de longueur d'onde du système.

Système DWDM intégré

Le signal de service lui-même répond déjà à la longueur d'onde standard et aucune OTU n'est nécessaire au niveau de l'émetteur-récepteur et de l'émetteur.

Composants clés de DWDM

Source de lumière:

La fonction de la source lumineuse est de générer un laser ou une fluorescence, qui est un dispositif important dans les systèmes de communication à fibre optique.

La source lumineuse du système DWDM a une tolérance de dispersion relativement grande et une longueur d'onde standard et stable.

Il existe deux méthodes de modulation pour les lasers : la modulation directe et la modulation indirecte.

Photodétecteur:

Le rôle du photodétecteur est de convertir le signal optique reçu en un signal électrique correspondant.

Comme le signal optique transmis sur la fibre est généralement très faible, des exigences élevées sont imposées au photodétecteur.

Amplificateur optique :

L'amplificateur optique est utilisé pour améliorer le signal optique et comprend principalement un amplificateur à fibre dopée à l'erbium (EDFA) et un amplificateur à fibre Raman.

Multiplexeur optique et démultiplexeur optique :

Les composants de base du système WDM sont le multiplexeur par répartition en longueur d'onde, c'est-à-dire le multiplexeur optique et le démultiplexeur optique, qui sont en fait des filtres optiques. Leurs caractéristiques déterminent en grande partie les performances de l'ensemble du système, et les exigences sont un nombre suffisant de canaux de multiplexage, une faible perte d'insertion, une large plage de bande passante, etc.

Il existe de nombreux types de multiplexeurs optiques par répartition en longueur d'onde, qui peuvent être grossièrement divisés en quatre catégories : type de filtre interférentiel, type de coupleur de fibre, type de réseau et type de réseau de guide d'ondes à matrice.

Types de réseau

Réseau point à point

Réseau maillé

Réseau en anneau

Avantages de la technologie DWDM

• Capacité ultra-large : Parce que la technologie DWDM utilise pleinement les ressources de bande passante de la fibre, en multiplexant des dizaines voire des centaines de canaux dans une seule fibre, la capacité d'une seule fibre est considérablement améliorée.
• Transmission "transparente" des données : le système DWDM est transparent pour les "données" et est indépendant du débit du signal et de la méthode de modulation électrique. Par conséquent, plusieurs signaux commerciaux avec des débits, des formats et des caractéristiques complètement différents peuvent être transmis simultanément.
• Mise à niveau et extension pratiques et flexibles du système : de nouveaux services peuvent être introduits en ajoutant des longueurs d'onde sans interrompre les services existants, maximisant ainsi la protection des investissements existants.
• Mise en réseau économique et fiable : Le nouveau réseau de communication construit avec DWDM La technologie est beaucoup plus simple que le réseau composé de la technologie de multiplexage temporel électrique traditionnel, et la hiérarchie du réseau est claire. En raison de la structure simplifiée du réseau, de la hiérarchie claire et de la planification pratique des activités, l'économie et la fiabilité du réseau sont évidentes.
• Former un réseau tout optique : la technologie DWDM sera l'une des technologies clés pour réaliser un réseau tout optique, et les systèmes DWDM peuvent être compatibles avec les futurs réseaux tout optiques. À l'avenir, il sera peut-être possible de réaliser un réseau tout optique transparent et hautement résistant basé sur le réseau DWDM déjà construit.

Les technologies DWDM et CWDM sont deux produits différents de la technologie de multiplexage par répartition en longueur d'onde, et chacune présente des avantages dans différentes couches de réseau.

En raison de son faible coût et de sa structure simple, la technologie CWDM a de bonnes perspectives d'application dans la couche d'accès des réseaux métropolitains avec ses fonctionnalités multiservices. La technologie DWDM, d'autre part, est préférée pour les réseaux de base, les réseaux centraux de zone métropolitaine et les équipements de transmission de base de réseau local en raison de sa capacité élevée et de ses caractéristiques de transmission longue distance.

Lors du choix de la solution CWDM/DWDM, la meilleure solution doit être sélectionnée en tenant compte des exigences et du budget du projet et en combinant également leurs caractéristiques et leurs différences.

Discussion sur la technologie DWDM

DWDM appartient à la technologie de multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM), qui est une technologie mature qui a été largement utilisée dans le domaine de la transmission de communication par fibre optique. WDM utilise les caractéristiques de transmission des ondes lumineuses pour presser ensemble des ondes lumineuses de différentes longueurs d'onde et fréquences à travers un système de multiplexage optique afin que les données puissent être transmises via une seule fibre optique. Le schéma de principe de sa structure de système est illustré à la figure.

Diagramme de propagation de la technologie WDM

Le multiplexeur d'ondes optiques et le démultiplexeur d'ondes optiques sont au cœur de l'ensemble du système WDM. À l'heure actuelle, les deux fonctions de multiplexeur d'ondes et de démultiplexage peuvent être intégrées dans une seule machine, qui est considérée comme un système de multiplexage optique, similaire au modem qui peut effectuer à la fois des fonctions de modulation et de démodulation dans le système de transmission en cuivre ancien. Avec le développement de la science et de la technologie, la sensibilité des machines liées au système de multiplexage optique a été améliorée, et il a été en mesure d'effectuer des opérations de multiplexage et de démultiplexage sur des signaux optiques avec des longueurs d'onde et des fréquences très similaires, ce qui jette une base solide pour le large application de la technologie DWDM.

Développement	Fréquence centrale (THz)	Longueur d'onde (nm)	Développement	Fréquence centrale (THz)	Longueur d'onde (nm)	Développement	Fréquence centrale (THz)	Longueur d'onde (nm)	Développement	Fréquence centrale (THz)	Longueur d'onde (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

Longueur d'onde DWDM : allocation de longueur d'onde du DWDM 40G à 100 ondes

Dans un système DWDM, un seul câble optique peut transmettre plusieurs ondes lumineuses de différentes longueurs d'onde et fréquences, et ces ondes lumineuses se propagent le long de différents canaux optiques divisés dans la fibre optique, ce qui rend la vitesse des données qui était à l'origine de 2.5 Go/s en un câble optique être augmenté plusieurs fois. À l'heure actuelle, le trafic de données maximal pouvant être transmis par une seule fibre a atteint 400 Gb/s. Le système DWDM présente des avantages incomparables dans l'application.

Tout d'abord, plusieurs signaux optiques sont combinés sur un canal pour la transmission, ce qui améliore efficacement l'efficacité de transmission des données. Deuxièmement, cette technologie peut réduire efficacement les coûts, en particulier dans le processus de transmission de données longue distance utilisant des fibres optiques comme supports de transmission. La technologie de multiplexage optique, en particulier la technologie DWDM, peut considérablement économiser les fibres optiques et les équipements de régénération du signal optique, et en même temps la technologie EDFA, la modulation externe, l'électro-absorption et d'autres technologies impliquées dans la transmission rendent la perte et la dispersion admissibles des sauts de l'ensemble du système de transmission plus grand, prolongeant efficacement la distance de transmission.

Dans le même temps, le système DWDM équivaut à la virtualisation de plusieurs canaux de fibre optique dans une fibre optique, il a donc une bonne compatibilité pour la transmission de diverses données, améliorant efficacement la capacité de survie de l'ensemble du système de transmission à fibre optique, et est également très pratique pour les opérations d'agrandissement.

schéma théorique du système de la technologie DWDM

Analyse de réseau de DWDM

Les caractéristiques propres à la fibre optique déterminent qu'il est difficile de corriger une fois la pose du réseau de fibre optique terminée. Le réseau DWDM implique diverses technologies, il doit donc être traité avec plus de prudence dans le processus de conception.

La structure globale de la Système DWDM avec multiplexage en longueur d'onde N comprend principalement les éléments suivants :

• Unité de transpondeur optique (OTU);
• Multiplexeur à division de longueur d'onde : démultiplexeur/multiplexeur optique (ODU/OMU) ;
• Amplificateur optique (BA/LA/PA);

La structure globale du système DWDM avec multiplexage en longueur d'onde N

La classification des réseaux DWDM est compliquée par divers critères de classification, notamment la manière de transporter les services, si la longueur d'onde peut être convertie, s'il y a une conversion photoélectrique dans le processus de transmission, etc. La structure topologique du réseau doit être prise en compte lors de sa construction et conception.

Comme le réseau de transmission de données traditionnel, le réseau DWDM est également divisé en réseaux maillés, en anneau, en étoile et en bus dans une structure topologique. Dans l'environnement d'application actuel, les méthodes de réseau maillé et en anneau sont plus courantes. Lors de la détermination du mode de mise en réseau, les principaux facteurs à prendre en compte sont le coût et les performances du réseau. Plus précisément, il doit inclure le volume maximal de données point à point que le réseau peut transmettre, les capacités de routage du réseau, la sécurité du réseau, la résilience autonome du réseau, etc.

Sur la base de la prise en compte globale des problèmes ci-dessus, la forme finale et les paramètres associés du réseau sont déterminés en fonction des caractéristiques des différentes structures topologiques. Il est généralement recommandé d'adopter un schéma de conception unifié pour éviter de diviser l'ensemble du processus de conception en plusieurs étapes, ce qui peut effectivement maintenir la cohérence de l'ensemble de la planification du site Web et améliorer la capacité de communication globale du réseau.

En prenant le réseau de fibre maillé comme exemple, les concepteurs doivent accorder une attention particulière aux besoins environnementaux et prendre en compte les changements dans l'ensemble de l'environnement de la demande dans le futur processus de développement, puis estimer les paramètres correspondants en fonction des besoins, y compris la taille de l'OXC situé à différents nœuds, le nombre de fibres et les exigences de longueur d'onde entre les nœuds. En raison de la faible capacité d'auto-guérison de la topologie maillée, les problèmes qui doivent être déterminés dans le processus de conception sont essentiellement concentrés sur la capacité du réseau, en particulier lorsque la route ou le nœud associé dans le réseau tombe en panne, le problème du support de transfert liées aux exigences en matière de données est le principal point à considérer.

En revanche, la capacité d'auto-guérison du réseau en anneau est légèrement meilleure, de sorte qu'une plus grande attention est accordée à la conception du niveau du réseau. Une attention particulière doit également être accordée au problème de la segmentation et de la localisation de la structure et de la fonction du réseau en anneau sur la base du routage intra-anneau et de l'attribution des longueurs d'onde. Différent du réseau fibre optique maillé, le réseau en anneau n'a pas besoin de prendre en compte l'allocation de la capacité du réseau inactif, car la capacité inactive elle-même est intégrée dans le réseau en anneau. Après le processus de conception du réseau, les problèmes d'optimisation doivent également être pris en compte pour les réseaux DWDM. Cela nécessite d'optimiser la configuration de chaque lien en fonction des paramètres réels du réseau, et le processus a été effectué jusqu'à ce que l'ensemble du réseau soit posé.

Dans un environnement avec un taux de transmission supérieur à 10Gb / s, des problèmes tels que la distorsion du signal ont un impact important sur la qualité de la transmission, l'optimisation du réseau est donc cruciale. Dans ce processus, le travail comprend la détermination de la configuration de base lors de l'appel d'offres du projet, la mesure des paramètres réels lors de l'exécution du projet, le réglage du module DCM et de la carte de pompe, et les paramètres réels de chaque segment spécifique en fonction des résultats de mesure. , et le réglage de la préaccentuation du signal, et bien d'autres aspects. Ce n'est qu'en implémentant soigneusement chaque lien que nous pouvons obtenir des services de transmission de signaux de haute qualité.

Le module optique DWDM réalise une extension à faible coût de la capacité de la fibre

Dans les modes de transmission traditionnels, une seule fibre ne peut transmettre que des signaux porteurs optiques transportant un type d'information.

Module optique ordinaire à double fibre (transmettant sur des fibres à 2 cœurs).

Il peut être remplacé par un module optique BIDI (transmettant sur une fibre monocœur) lorsque des services supplémentaires sont nécessaires mais que les ressources en fibre sont limitées.

Lorsque le nombre de services continue d'augmenter et que le BIDI n'est plus suffisant, un module optique WDM (principalement DWDM) peut être utilisé, c'est ce que nous introduisons ici - module optique DWDM SFP et module optique DWDM SFP+.

À propos du multiplexage par répartition en longueur d'onde (DWDM)

Le multiplexage par répartition en longueur d'onde DWDM est un WDM, qui est le multiplexage de signaux optiques de différentes longueurs d'onde dans une fibre pour la transmission.

Dans le mode de transmission traditionnel, une fibre ne peut transporter qu'un seul type de signal de porteuse optique d'informations. Dans le cas de services différents, différentes fibres sont nécessaires pour la transmission. La technologie de multiplexage par répartition en longueur d'onde DWDM peut fournir plusieurs canaux de fibre virtuels sur une seule fibre physique.

Les canaux DWDM sont plus espacés et utilisent des fenêtres de transmission en bande C (1525 nm-1565 nm) et en bande L (1570 nm-1610 nm), qui sont de petits segments extraits de la plage de longueurs d'onde CWDM. L'espacement des canaux DWDM est de 0.4 nm, 0.8 nm, 1.6 nm, etc. (l'espacement des bandes CWDM est de 20 nm), ce qui est plus petit et nécessite des dispositifs de contrôle de longueur d'onde supplémentaires.

Module émetteur-récepteur optique DWDM

Les modules optiques DWDM, également connus sous le nom de modules optiques à lumière colorée, sont un composant important des modules optiques pour la conversion des signaux optoélectroniques. Semblables aux modules optiques ordinaires, les modules optiques DWDM doivent être utilisés avec des multiplexeurs par répartition en longueur d'onde DWDM pour multiplexer des signaux optiques de différentes longueurs d'onde sur une seule fibre pour la transmission. À l'extrémité de réception de la liaison, le signal mélangé dans la fibre est démultiplexé en signaux de longueurs d'onde différentes par un démultiplexeur optique pour réaliser une transmission de communication longue distance.

Les types de boîtiers courants pour les modules optiques DWDM incluent SFP, SFP +, XFP, SFP28, QSFP + et QSFP28, qui présentent les avantages d'une capacité de transmission élevée, d'une petite taille, d'une faible consommation d'énergie, d'une interface duplex LC, DDM (fonction de diagnostic numérique), etc.

Les modules optiques DWDM courants incluent 1.25G SFP DWDM, 10G SFP+ DWDM, 10G XFP CWDM, 25G SFP28 DWDM, 40G QSFP+ DWDM et 100G QSFP28 DWDM. La distance de transmission commune des modules optiques DWDM est de 40 km, et des options pour 80 km et 120 km sont également disponibles (plusieurs stations relais peuvent être utilisées pour étendre la distance de transmission au-delà de 120 km).

Deux solutions d'application pour les modules émetteurs-récepteurs optiques DWDM

Solution de transmission DWDM unidirectionnelle à double fibre

L'unidirectionnel à double fibre fait référence à la transmission simultanée de tous les chemins optiques dans la même direction sur une seule fibre. Différentes longueurs d'onde transportent différents signaux optiques, qui sont multiplexés à l'extrémité de transmission et transmis via une seule fibre. À l'extrémité de réception, ils sont démultiplexés pour compléter la transmission de plusieurs signaux optiques, tandis que la direction opposée est transmise via une autre fibre. Les deux sens de transmission sont complétés par deux fibres distinctes.

Solution de transmission DWDM bidirectionnelle à fibre unique

Bidirectionnel à fibre unique signifie que le signal optique adopte différentes longueurs d'onde pour l'envoi et la réception sur une seule fibre afin d'obtenir une transmission bidirectionnelle des services.