Принципы построения сетей на базе WDM технологий

Виды сетей

Задачи, которые должна решать транспортная сеть связи, соответствуют трем категориям сетей:

· сетевое ядро, соединяющее города, страны и континенты

· городская транспортная сеть

· сеть доступа

Требования к пропускной способности на уровне сетевого ядра находятся в широком диапазоне -- от единиц до сотен Гбит/с. Нижняя граница требований характерна для развивающихся стран (к которым относится и Россия), а верхняя -- для таких регионов, как Северная Америка (прежде всего, США), Западная Европа и Япония. Для уровня городских сетей необходимы (в зависимости от региона и масштаба города) скорости передачи в диапазоне от сотен Mбит/с до десятков Гбит/с. Для сетей доступа речь может идти о пропускной способности от единиц до сотен Mбит/с. При этом конечные пользователи могут подключаться к сети доступа в диапазоне скоростей от десятков кбит/с до единиц Mбит/с. До недавнего времени преобладающей технологией транспортного уровня и для ядра сети, и для городской сети была SDH/SONET. Распространение более скоростной -- DWDM -- началось с тех магистралей, где увеличение полосы пропускания нужно достичь любой ценой. Постепенно эта новая технология стала проникать и в менее скоростной сектор рынка. Многие эксперты полагали, что DWDM вытеснит SDH/SONET и из городских сетей, однако этот процесс идет совсем не теми темпами, которые ожидались. В какой-то степени результатом этой заминки и стало появление SWDM, облегчающей и удешевляющей переход к DWDM в городских сетях.

Спектральное уплотнение

Физическая основа SDH/SONET и DWDM различны: первая технология использует одну несущую частоту оптического сигнала, в то время как вторая использует набор частот, за что и названа технологией плотного спектрального уплотнения (Dense Wavelength Division Multiplexing). Более того, они используют различные спектральные “окна”: DWDM работает на длинах волн в районе 1550 нм, в то время как SDH/SONET кроме этого широко использует длину волны 1310 нм, а, следовательно, другие лазеры и другие фотоприемники. Устройства, работающие на 1550 нм, способны передавать оптические сигналы на большие расстояние, чем те, что работают на длине волны 1310 нм. Но эти системы существенно дороже даже в случае, когда используется одна длина волны, не говоря уже об устройствах спектрального уплотнения, требующих сложных мультиплексоров. В результате на рынке сложилась следующая ситуация: там, где требуется высокоскоростная передача на большие расстояния (например, в кабелях, проложенных по дну океана), DWDM -- оптимальная технология, и ее победное шествие продолжается. Однако в городских сетях, где расстояния не так велики, и где полоса пропускания не везде так критична, многие операторы не торопятся менять старые испытанные сети SDH/SONET. Вот тут и приходит на помощь решение на базе новой технологии -- SWDM.

Селективное спектральное уплотнение

Selective WDM -- селективное спектральное уплотнение -- уникальная технология Lucent, компромисс между SDH/SONET и DWDM. Одни и те же узлы одного и того же волоконно-оптического кольца поддерживают и одноканальную передачу данных на длине волны 1310 нм, и спектральное уплотнение в диапазоне 1550 нм. Все в целом работает как одна логическая сеть. Гибкое управление обеспечивается на уровне лежащих над ней протоколов: TDM, ATM и IP, “сырые” данные можно распределять и разветвлять на более “тонкие” структурированные потоки. Эта гибкая технология была приобретена Lucent Technologies вместе с компанией Chromatis и сразу стала одним из важнейших звеньев продуктов транспортных сетей Lucent Technologies. Преимущества SWDM особенно наглядно видны при сравнении с быстрорастущей сетью SDH/SONET. В начале, когда требуемая пропускная способность невелика, применение SDH/SONET кажется оправданным, и полосы для передачи на длине волны 1310 нм, позволяющей развернуть недорогое решение, достаточно. Но когда потребность в пропускной способности резко возрастает, наращивание системы возможно только за счет прокладки новых волоконных кабелей и подключения их к новым устройствам. В то же время устройствам SWDM, наследующим свойства DWDM, не нужны новые кабели: все наращивание заключается во “включении” еще одной длины волны, для чего может, самое большее, потребоваться подключить еще один модуль в существующее устройство. Но это преимущество не единственное, а в некоторых случаях и не главное: иногда не менее важно, что не происходит усложнения топологии сети, не ухудшается ее управляемость и время, необходимое для наращивания, меньше, чем в случае с системами SDH/SONET. Приведем пример решения, построенного на базе оборудования SWDM. На рисунке изображена сеть типичного поставщика коммуникационных услуг. В его распоряжении имеется оптоволоконное кольцо, соединяющее разбросанные по городу офисы с центральным офисом. Поставщик услуг планирует предоставить своим заказчикам доступ в сеть по технологии xDSL. Он рассчитывает на резкое увеличение трафика, но предсказать его количественно и оценить, какая часть кольца будет испытывать наибольшую нагрузку, оператор пока не в состоянии. На первой фазе развития сети его вполне устраивают возможности, которые дает передача данных на длине волны 1310 нм, и ни о каком DWDM нет речи. Через некоторое время один из узлов сети начинает испытывать повышенную нагрузку. Переход к DWDM становится необходимостью. Однако в этом случае не нужно модернизировать всю сеть, достаточно “включить” одну длину волны на участке “перегруженный узел -- центральный офис”. При этом в конфигурации остальных узлов сети ничего менять не нужно. В случае если бы была установлена классическая сеть DWDM, то пришлось бы наращивать всю сеть одновременно. Не исключено, что в результате роста числа пользователей сети, потребуется, в конце концов, перевести всю сеть на DWDM. Как, впрочем, возможна и ситуация, когда DWDM может так и не понадобиться, и поставщику услуг не придется тратить немалые средства для внедрения этой технологии. В любом случае, гибкость решения на базе SWDM не предоставит возможности сожалеть о вложенных или не вложенных средствах.

9. Достоинства и недостатки

Главное достоинство технологии WDM заключается в том, что она позволяет преодолеть ограничения на пропускную способность канала и существенно увеличить скорость передачи данных. Причем используются уже проложенный волоконно-оптический кабель и стандартная аппаратура временного мультиплексирования, а увеличивать скорость передачи по отдельному каналу до 10 Гбит/с и выше не требуется. Благодаря WDM удается организовать двустороннюю многоканальную передачу трафика по одному волокну (в обычных линиях используется пара волокон - для передачи в прямом и обратном направлениях).

Существенно и то, что в сетях SONET/SDH появилась возможность выбирать для отдельного канала значение скорости (уровень иерархии), не зависящее от скорости других каналов, и затем использовать разные методы передачи. Наконец, распространению WDM способствуют последние технологические достижения: создание узкополосных полупроводниковых лазеров, имеющих ширину спектра излучения менее 0,1 нм, широкополосных оптических усилителей и оптических фильтров для разделения близких каналов.

У читателя могло сложиться представление, что технология WDM является универсальным решением проблемы увеличения пропускной способности, некой панацеей от всех бед, с которыми сталкиваются пользователи глобальных сетей. Между тем ее применение тормозится рядом факторов как экономического, так и чисто технического характера.

Если говорить об экономической стороне дела, то внедрение WDM в местных сетях сдерживается высокой стоимостью соответствующей аппаратуры, особенно передающих устройств, и сложностью коммутации трафика. Вместе с тем исследования показывают, что решения на базе WDM могут оказаться экономически эффективными и в сетях меньшего масштаба. Для этого, в частности, в них должны применяться недорогие мультиплексоры ввода/вывода, устанавливаемые в местах сопряжения местных и опорных сетей.

Фактор высокой стоимости аппаратуры оказывается еще более существенным для реализации технологии DWDM. При использовании близких частот требуются узкополосные полупроводниковые лазеры с высокой стабильностью длины волны генерируемого излучения, которые являются наиболее дорогим элементом DWDM-систем, сдерживающим распространение последних.

Среди технических проблем следует упомянуть значительные потери мощности сигналов в мультиплексорах/демультиплексорах, несовпадение, во многих случаях, рабочих длин волн WDM-оборудования и устройств временного мультиплексирования, необходимость повышения производительности узлов коммутации, усложнение управления сетью из-за различий в технологиях передачи данных по мультиплексируемым каналам, отсутствие промышленных стандартов. Наконец, не последнее место в этом перечне занимают нелинейные явления, которые при одновременной передаче на нескольких несущих способны приводить не только к ослаблению и искажению сигнала, но и к его проникновению в другие каналы.

10. Глоссарий

11. Использованные источники

1. http://kunegin.com/

2. http://www.lucent.ru/2000-06/technology.htm

3. Вербовецкий А.А. Основы проектирования цифровых оптоэлектронных систем связи. - М.: Радио и связь. - 2010. - 160 с.: ил. Стерлинг Дж. Волоконная оптика. М.: Лори, 2011. - 288 с.

4. Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. - М.: Эко-Тренз, 2009. - 268 с.

5. Слепов Н. Оптическое мультиплексирование с разделением по длине волны // Сети. 2011. №4. с. 24.

6. Шаршаков А. WDM: успехи и проблемы // Сети. 2011. №4. с. 14.

Размещено на Allbest.ru