Tecnologia DWDM: seu desenvolvimento e aplicação

Noções básicas Introdução ao DWDM

Multiplexação por divisão de comprimento de onda WDM é uma tecnologia que multiplexa sinais ópticos de diferentes comprimentos de onda em uma única fibra para transmissão.

• CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) usa um amplo espaçamento de comprimento de onda, geralmente 20 nm de distância.
• DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) usa espaçamento de comprimento de onda estreito, normalmente entre 0.8-2 nm.

Agora, vamos nos concentrar na introdução da tecnologia Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) no WDM.

O DWDM combina portadores ópticos em uma única fibra para transmissão, aumentando a capacidade de transmissão de cada fibra. O DWDM pode transportar serviços SDH, serviços IP e serviços ATM.

O padrão da União Internacional de Telecomunicações da ITU para comprimentos de onda DWDM é 1528.77nm-1563.86nm, principalmente na banda C com baixa atenuação e dispersão. O espaçamento de comprimento de onda de 100 GHz (0.8 nm) pode ter 40 canais, o espaçamento de comprimento de onda de 50 GHz (0.4 nm) pode ter 80 canais.

A Estrutura da Unidade DWDM

Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) é uma tecnologia de comunicação de fibra óptica relativamente avançada no momento. Com o desenvolvimento da economia e da tecnologia, a demanda das pessoas por velocidade de transmissão de dados também aumentou para um nível relativamente alto, resultando em uma perspectiva brilhante da tecnologia DWDM.

• Transponder óptico: Converte sinais de luz de comprimento de onda;
• Multiplexador e divisor óptico: combina e divide sinais de luz de comprimento de onda fixo;
• Amplificador óptico (OLA): localizado no meio da seção de transmissão óptica, o OLA amplifica o sinal óptico;
• Canal de supervisão óptica: usado para realizar o gerenciamento e monitoramento do sistema DWDM, para que o sistema de gerenciamento de rede possa gerenciar efetivamente o sistema DWDM.

O princípio de funcionamento do sistema DWDM

Transmissão unidirecional de fibra dupla

Um sistema WDM unidirecional usa duas fibras ópticas. Uma fibra só completa a transmissão de sinais ópticos em uma direção, e a transmissão de sinais ópticos reversos é completada pela outra fibra.

Vantagens: Cada sinal é transportado por um comprimento de onda diferente, garantindo que não haja interferência, e o mesmo comprimento de onda pode ser reutilizado em ambas as direções.

Desvantagens: Baixa utilização de recursos de fibra e dispositivos ópticos.

Transmissão bidirecional de fibra única

Um sistema de multiplexação por divisão de comprimento de onda bidirecional (WDM) usa uma única fibra para transmitir sinais em ambas as direções, com diferentes comprimentos de onda transportando os sinais em cada direção, alcançando a comunicação full-duplex.

Vantagens: pode reduzir o número de fibras e amplificadores de linha utilizados, economizando custos.

Desvantagens: altos requisitos, necessidade de resolver a interferência multicanal, distância de transmissão estendida requer amplificação óptica.

Classificação de Sistemas DWDM

Abra o sistema DWDM

No final da transmissão, a OTU é usada para converter comprimentos de onda não padronizados em comprimentos de onda padrão. A principal função deste dispositivo é converter comprimentos de onda não padrão em comprimentos de onda padrão especificados pela ITU-T para atender à compatibilidade de comprimento de onda do sistema.

Sistema DWDM integrado

O próprio sinal de serviço já atende ao comprimento de onda padrão e nenhuma OTU é necessária no transceptor e no transmissor.

Principais componentes do DWDM

Fonte de luz:

A função da fonte de luz é gerar laser ou fluorescência, que é um importante dispositivo em sistemas de comunicação por fibra óptica.

A fonte de luz do sistema DWDM tem uma tolerância de dispersão relativamente grande e comprimento de onda padrão e estável.

Existem dois métodos de modulação para lasers: modulação direta e modulação indireta.

Fotodetector:

O papel do fotodetector é converter o sinal óptico recebido em um sinal elétrico correspondente.

Como o sinal óptico transmitido pela fibra é geralmente muito fraco, requisitos elevados são colocados no fotodetector.

Amplificador óptico:

O amplificador óptico é usado para melhorar o sinal óptico e inclui principalmente amplificador de fibra dopada com érbio (EDFA) e amplificador de fibra Raman.

Multiplexador óptico e demultiplexador óptico:

Os principais componentes do sistema WDM são multiplexador por divisão de comprimento de onda, ou seja, multiplexador óptico e demultiplexador óptico, que são na verdade filtros ópticos. Suas características determinam em grande parte o desempenho de todo o sistema, e os requisitos são número suficiente de canais de multiplexação, pequena perda de inserção, ampla faixa de banda passante, etc.

Existem muitos tipos de multiplexadores de divisão de comprimento de onda ópticos, que podem ser divididos em quatro categorias: tipo de filtro de interferência, tipo de acoplador de fibra, tipo de grade e tipo de grade de guia de onda de matriz.

tipos de rede

Rede ponto a ponto

Malha de rede

Rede em Anel

Vantagens da tecnologia DWDM

• Capacidade ultragrande: como a tecnologia DWDM faz uso total dos recursos de largura de banda da fibra, multiplexando dezenas ou até centenas de canais em uma única fibra, a capacidade de uma única fibra é bastante aprimorada.
• Transmissão “transparente” de dados: O sistema DWDM é transparente para “dados” e é independente da taxa de sinal e do método de modulação elétrica. Portanto, vários sinais de negócios com taxas, formatos e características completamente diferentes podem ser transmitidos simultaneamente.
• Atualização e expansão conveniente e flexível do sistema: Novos serviços podem ser introduzidos adicionando comprimentos de onda sem interromper os serviços existentes, maximizando a proteção dos investimentos existentes.
• Rede econômica e confiável: A nova rede de comunicação construída com DWDM A tecnologia é muito mais simples do que a rede composta pela tradicional tecnologia elétrica de multiplexação por divisão de tempo, e a hierarquia da rede é clara. Devido à estrutura de rede simplificada, hierarquia clara e agendamento de negócios conveniente, a economia e a confiabilidade da rede são óbvias.
• Forme uma rede totalmente óptica: a tecnologia DWDM será uma das principais tecnologias para alcançar uma rede totalmente óptica, e os sistemas DWDM podem ser compatíveis com futuras redes totalmente ópticas. No futuro, pode ser possível obter uma rede totalmente óptica transparente e altamente resistente com base na rede DWDM já construída.

As tecnologias DWDM e CWDM são dois produtos diferentes da tecnologia de multiplexação por divisão de comprimento de onda, e cada uma tem vantagens em diferentes camadas de rede.

Devido ao seu baixo custo e estrutura simples, a tecnologia CWDM tem boas perspectivas de aplicação na camada de acesso de redes metropolitanas com seus recursos multisserviço. A tecnologia DWDM, por outro lado, é preferida para redes de backbone, redes centrais de área metropolitana e equipamentos de transmissão de backbone de rede local devido à sua alta capacidade e características de transmissão de longa distância.

Ao escolher a solução CWDM/DWDM, a melhor solução deve ser selecionada considerando os requisitos e orçamento do projeto e também combinando suas características e diferenças.

Discussão sobre a tecnologia DWDM

O DWDM pertence à tecnologia de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM), que é uma tecnologia madura que tem sido amplamente utilizada no campo da transmissão de comunicação por fibra óptica. O WDM utiliza as características de transmissão das ondas de luz para unir ondas de luz de diferentes comprimentos de onda e frequências por meio de um sistema de multiplexação ótica, de modo que os dados possam ser transmitidos por meio de uma única fibra ótica. O diagrama esquemático de sua estrutura de sistema é mostrado na figura.

Diagrama de propagação da tecnologia WDM

O multiplexador de onda óptica e o demultiplexador de onda óptica são o núcleo de todo o sistema WDM. Atualmente, as duas funções de multiplexação e desmultiplexação de onda podem ser integradas em uma máquina, que é considerada um sistema de multiplexação óptica, semelhante ao modem que pode executar funções de modulação e demodulação no sistema de transmissão de cobre inicial. Com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, a sensibilidade das máquinas relacionadas ao sistema de multiplexação óptica foi aprimorada e tem sido capaz de realizar operações de multiplexação e desmultiplexação em sinais ópticos com comprimentos de onda e frequências muito semelhantes, o que estabelece uma base sólida para o ampla aplicação da tecnologia DWDM.

Canal	Frequência central (THz)	Comprimento de onda (nm)	Canal	Frequência central (THz)	Comprimento de onda (nm)	Canal	Frequência central (THz)	Comprimento de onda (nm)	Canal	Frequência central (THz)	Comprimento de onda (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

Comprimento de onda DWDM: alocação de comprimento de onda de 40 ondas DWDM 100G

Em um sistema DWDM, um único cabo óptico pode transmitir várias ondas de luz de diferentes comprimentos de onda e frequências, e essas ondas de luz se propagam por diferentes canais ópticos divididos na fibra óptica, o que torna a velocidade dos dados que originalmente era de 2.5 GB/s em um cabo óptico ser aumentado muitas vezes. Atualmente, o tráfego máximo de dados que pode ser transmitido por uma única fibra atinge 400 Gb/s. O sistema DWDM tem vantagens incomparáveis ​​na aplicação.

Primeiro, vários sinais ópticos são combinados em um canal para transmissão, o que melhora efetivamente a eficiência da transmissão de dados. Em segundo lugar, esta tecnologia pode efetivamente reduzir custos, especialmente no processo de transmissão de dados de longa distância usando fibras ópticas como portadoras de transmissão. A tecnologia de multiplexação óptica, especialmente a tecnologia DWDM, pode economizar bastante fibras ópticas e equipamentos de regeneração de sinal óptico e, ao mesmo tempo, a tecnologia EDFA, modulação externa, eletroabsorção e outras tecnologias envolvidas na transmissão tornam a perda e a dispersão permissíveis dos saltos de todo o sistema de transmissão maior, estendendo efetivamente a distância de transmissão.

Ao mesmo tempo, o sistema DWDM é equivalente a virtualizar vários canais de fibra óptica em uma fibra óptica, por isso tem boa compatibilidade para a transmissão de vários dados, melhorando efetivamente a capacidade de sobrevivência de todo o sistema de transmissão de fibra óptica e também é muito conveniente para operações de expansão.

diagrama de sistema teórico da tecnologia DWDM

Análise de rede de DWDM

As próprias características da fibra óptica determinam que é difícil corrigi-la após a conclusão da colocação da rede de fibra óptica. A rede DWDM envolve diversas tecnologias, portanto deve ser tratada com mais cautela no processo de projeto.

A estrutura geral do Sistema DWDM com multiplexação de comprimento de onda N inclui principalmente o seguinte:

• Unidade de transponder óptico (OTU);
• Multiplexador por divisão de comprimento de onda: Demultiplexador/multiplexador óptico (ODU/OMU);
• Amplificador óptico (BA/LA/PA);

A estrutura geral do sistema DWDM com multiplexação de comprimento de onda N

A classificação de redes DWDM é complicada com vários critérios de classificação, incluindo a forma de transportar serviços, se o comprimento de onda pode ser convertido, se há conversão fotoelétrica no processo de transmissão, etc. A estrutura topológica da rede deve ser considerada durante sua construção e projeto.

Como a rede de transmissão de dados tradicional, a rede DWDM também é dividida em malha, anel, estrela e redes de barramento em estrutura topológica. No ambiente de aplicativos atual, os métodos de rede em malha e em anel são mais comuns. Ao determinar o modo de rede, os principais fatores que precisam ser considerados incluem custo e desempenho da rede. Especificamente, deve incluir o volume máximo de dados ponto a ponto que a rede pode transmitir, recursos de roteamento de rede, segurança de rede, resiliência autônoma de rede, etc.

Com base na consideração geral dos problemas acima, a forma final e os parâmetros relacionados da rede são determinados de acordo com as características de diferentes estruturas topológicas. Geralmente, é recomendável adotar um esquema de design unificado para evitar dividir todo o processo de design em várias etapas, o que pode efetivamente manter a consistência de todo o planejamento do site e melhorar a capacidade de comunicação abrangente da rede.

Tomando a rede de fibra mesh como exemplo, os projetistas precisam prestar atenção especial às necessidades ambientais e levar em consideração as mudanças em todo o ambiente de demanda no processo de desenvolvimento futuro, e então estimar os parâmetros correspondentes de acordo com as necessidades, incluindo o tamanho do OXC localizado em diferentes nós, o número de fibras e os requisitos de comprimento de onda entre os nós. Devido à fraca capacidade de autocorreção da topologia de malha, os problemas que precisam ser determinados no processo de projeto estão basicamente concentrados na capacidade da rede, especialmente quando a estrada ou nó associado na rede falha, o problema do portador de transferência relacionado aos requisitos de dados é o principal ponto a ser considerado.

Em contraste, a capacidade de autocorreção da rede em anel é um pouco melhor, então mais atenção é dada ao projeto do nível da rede. Atenção especial também deve ser dada ao problema de segmentação e localização da estrutura e função da rede em anel com base no roteamento intra-anel e na alocação de comprimento de onda. Diferente da rede de fibra em malha, a rede em anel não precisa considerar a alocação da capacidade ociosa da rede, pois a própria capacidade ociosa está embutida na rede em anel. Após o processo de projeto de rede, questões de otimização também devem ser consideradas para redes DWDM. Isso precisa otimizar a configuração de cada link de acordo com os parâmetros reais da rede, e o processo foi realizado até que toda a rede esteja instalada.

Em um ambiente com uma taxa de transmissão de mais de 10Gb / s, problemas como a distorção do sinal têm um grande impacto na qualidade da transmissão, por isso a otimização da rede é crucial. Neste processo, o trabalho inclui a determinação da configuração básica durante a licitação do projeto, a medição dos parâmetros reais durante a execução do projeto, o ajuste do módulo DCM e cartão da bomba, e as configurações reais dos parâmetros de cada segmento específico de acordo com os resultados da medição , e o ajuste de pré-ênfase de sinal, e muitos outros aspectos. Somente implementando cuidadosamente cada link podemos obter serviços de transmissão de sinal de alta qualidade.

Módulo óptico DWDM realiza expansão de baixo custo da capacidade de fibra

Nos modos de transmissão tradicionais, uma única fibra pode transmitir apenas sinais de portadora óptica que transportam um tipo de informação.

Módulo óptico comum de fibra dupla (transmitindo por fibras de 2 núcleos).

Ele pode ser substituído por um módulo óptico BIDI (transmitindo por uma fibra de núcleo único) quando são necessários serviços adicionais, mas os recursos de fibra são limitados.

Quando o número de serviços continua a aumentar e o BIDI não é mais suficiente, um módulo óptico WDM (principalmente DWDM) pode ser usado, que é o que estamos apresentando aqui - módulo óptico DWDM SFP e módulo óptico DWDM SFP+.

Sobre Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda (DWDM)

A multiplexação por divisão de comprimento de onda DWDM é um WDM, que é a multiplexação de sinais ópticos de diferentes comprimentos de onda em uma fibra para transmissão.

No modo de transmissão tradicional, uma fibra só pode transportar um tipo de sinal de portadora óptica de informação. No caso de serviços diferentes, são necessárias fibras diferentes para a transmissão. A tecnologia de multiplexação por divisão de comprimento de onda DWDM pode fornecer vários canais de fibra virtuais em uma única fibra física.

Os canais DWDM são mais densamente espaçados e usam janelas de transmissão de banda C (1525nm-1565nm) e banda L (1570nm-1610nm), que são pequenos segmentos retirados de dentro da faixa de comprimento de onda CWDM. O espaçamento do canal DWDM é de 0.4 nm, 0.8 nm, 1.6 nm, etc. (o espaçamento da banda CWDM é de 20 nm), que é menor e requer dispositivos de controle de comprimento de onda adicionais.

Módulo Transceptor Óptico DWDM

Os módulos ópticos DWDM, também conhecidos como módulos ópticos de luz colorida, são um componente importante em módulos ópticos para conversão de sinais optoeletrônicos. Semelhante aos módulos ópticos comuns, os módulos ópticos DWDM precisam ser usados ​​com multiplexadores de divisão de comprimento de onda DWDM para multiplexar sinais ópticos de diferentes comprimentos de onda em uma única fibra para transmissão. Na extremidade receptora do link, o sinal misturado na fibra é desmultiplexado em diferentes sinais de comprimento de onda por um desmultiplexador óptico para alcançar a transmissão de comunicação de longa distância.

Tipos de pacotes comuns para módulos ópticos DWDM incluem SFP, SFP +, XFP, SFP28, QSFP + e QSFP28, que têm as vantagens de alta capacidade de transmissão, tamanho pequeno, baixo consumo de energia, interface duplex LC, DDM (função de diagnóstico digital), etc.

Módulos ópticos DWDM comuns incluem 1.25G SFP DWDM, 10G SFP+ DWDM, 10G XFP CWDM, 25G SFP28 DWDM, 40G QSFP+ DWDM e 100G QSFP28 DWDM. A distância de transmissão comum dos módulos ópticos DWDM é de 40 km, e opções para 80 km e 120 km também estão disponíveis (múltiplas estações de retransmissão podem ser usadas para estender a distância de transmissão além de 120 km).

Duas soluções de aplicação para módulos transceptores ópticos DWDM

Solução de transmissão DWDM unidirecional de fibra dupla

Unidirecional de fibra dupla refere-se à transmissão simultânea de todos os caminhos ópticos na mesma direção em uma única fibra. Diferentes comprimentos de onda carregam diferentes sinais ópticos, que são multiplexados na extremidade transmissora e transmitidos através de uma única fibra. Na extremidade receptora, eles são desmultiplexados para completar a transmissão de múltiplos sinais ópticos, enquanto a direção oposta é transmitida através de outra fibra. As duas direções de transmissão são completadas por duas fibras separadas.

Solução de transmissão DWDM bidirecional de fibra única

Bidirecional de fibra única significa que o sinal óptico adota diferentes comprimentos de onda para enviar e receber em uma única fibra para obter a transmissão bidirecional de serviços.