Μια επισκόπηση της τεχνολογίας DWDM και των στοιχείων του συστήματος DWDM
Οι τηλεπικοινωνίες κάνουν ευρεία χρήση οπτικών τεχνικών στις οποίες το φέρον κύμα ανήκει στον κλασσικό οπτικό τομέα. Η διαμόρφωση κύματος επιτρέπει τη μετάδοση αναλογικών ή ψηφιακών σημάτων έως και μερικά gigahertz (GHz) ή gigabits ανά δευτερόλεπτο (Gbps) σε φορέα πολύ υψηλής συχνότητας, τυπικά 186 έως 196 THz. Στην πραγματικότητα, το bitrate μπορεί να αυξηθεί περαιτέρω, χρησιμοποιώντας αρκετά κύματα φορέων που πολλαπλασιάζονται χωρίς σημαντική αλληλεπίδραση σε μία μόνο ίνα. Είναι προφανές ότι κάθε συχνότητα αντιστοιχεί σε διαφορετικό μήκος κύματος. Η πυκνή πολυπλεξία διαίρεσης μήκους κύματος (DWDM) προορίζεται για πολύ κοντινή απόσταση συχνότητας. Αυτό το ιστολόγιο καλύπτει μια εισαγωγή στην τεχνολογία DWDM και τα στοιχεία του συστήματος DWDM. Η λειτουργία κάθε εξαρτήματος εξετάζεται ξεχωριστά και στο τέλος αυτού του ιστολογίου εμφανίζεται ολόκληρη η δομή ενός θεμελιώδους συστήματος DWDM.
Εισαγωγή στην τεχνολογία DWDM
Η τεχνολογία DWDM αποτελεί επέκταση της οπτικής δικτύωσης. Οι συσκευές DWDM (πολυπλέκτης ή Mux για σύντομο χρονικό διάστημα) συνδυάζουν την έξοδο από διάφορους οπτικούς πομπούς για μετάδοση σε μία μόνο οπτική ίνα. Στο τέλος λήψης, μια άλλη συσκευή DWDM (demultiplexer, ή DeMux για σύντομο χρονικό διάστημα) χωρίζει τα συνδυασμένα οπτικά σήματα και περνά κάθε κανάλι σε οπτικό δέκτη. Χρησιμοποιείται μόνο μία οπτική ίνα μεταξύ των συσκευών DWDM (ανά κατεύθυνση μετάδοσης). Αντί να απαιτεί μία οπτική ίνα ανά ζεύγος πομπού και δέκτη, το DWDM επιτρέπει σε αρκετά οπτικά κανάλια να καταλαμβάνουν ένα μόνο καλώδιο οπτικών ινών. Όπως φαίνεται παρακάτω, υιοθετώντας υψηλής ποιότητας AAWG Gaussian τεχνολογία, το FOCC DWDM Mux / Demux παρέχει χαμηλή απώλεια εισόδου (τυπική 3,5dB) και υψηλή αξιοπιστία. Με την αναβαθμισμένη δομή, αυτοί οι πολυπλέκτες DWDM και οι αποπολυπλέκτες μπορούν να προσφέρουν ευκολότερη εγκατάσταση.
Ένα βασικό πλεονέκτημα για το DWDM είναι ότι είναι πρωτόκολλο και bitrate ανεξάρτητο. Τα δίκτυα που βασίζονται σε DWDM μπορούν να μεταδίδουν δεδομένα σε IP, ATM, SONET, SDH και Ethernet. Επομένως, τα δίκτυα που βασίζονται σε DWDM μπορούν να μεταφέρουν διαφορετικούς τύπους κίνησης σε διαφορετικές ταχύτητες μέσω ενός οπτικού καναλιού. Τα δεδομένα μετάδοσης φωνής, ηλεκτρονικού ταχυδρομείου, βίντεο και πολυμέσων είναι μερικά μόνο παραδείγματα υπηρεσιών που μπορούν να μεταδοθούν ταυτόχρονα σε συστήματα DWDM. Τα συστήματα DWDM έχουν κανάλια μήκους κύματος σε απόσταση 0,4 nm.
Το DWDM είναι ένας τύπος πολυπλεξίας διαίρεσης συχνότητας (FDM). Μια θεμελιώδης ιδιότητα του φωτός δηλώνει ότι μεμονωμένα φως κύματα διαφορετικών μηκών κύματος μπορούν να συνυπάρχουν ανεξάρτητα μέσα σε ένα μέσο. Τα λέιζερ είναι ικανά να δημιουργούν παλμούς φωτός με πολύ ακριβές μήκος κύματος. Κάθε μεμονωμένο μήκος κύματος φωτός μπορεί να αντιπροσωπεύει ένα διαφορετικό κανάλι πληροφοριών. Συνδυάζοντας ελαφρούς παλμούς διαφορετικών μηκών κύματος, πολλά κανάλια μπορούν να μεταδοθούν ταυτόχρονα σε μία μόνο ίνα. Τα συστήματα οπτικών ινών χρησιμοποιούν φωτεινά σήματα εντός της υπέρυθρης ζώνης (μήκους κύματος 1 mm έως 400 nm) του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Οι συχνότητες φωτός στο οπτικό εύρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος συνήθως αναγνωρίζονται από το μήκος κύματος τους, παρόλο που η συχνότητα (απόσταση μεταξύ των λάμδα) παρέχει μια πιο συγκεκριμένη αναγνώριση.
Συστατικά συστήματος DWDM
Ένα σύστημα DWDM αποτελείται γενικά από πέντε στοιχεία: Οπτικοί πομποί / δέκτες, φίλτρα DWDM Mux / DeMux, πολυπλέκτες οπτικής προσθήκης / πτώσης (OADM), οπτικοί ενισχυτές, αναμεταδότες (μετατροπείς μήκους κύματος).
Οπτικοί πομποί / δέκτες
Οι πομποί περιγράφονται ως συνιστώσες DWDM αφού παρέχουν τα σήματα πηγής τα οποία στη συνέχεια πολυπλέκονται. Τα χαρακτηριστικά των οπτικών πομπών που χρησιμοποιούνται στα συστήματα DWDM είναι πολύ σημαντικά για το σχεδιασμό του συστήματος. Πολλαπλοί οπτικοί πομποί χρησιμοποιούνται ως πηγές φωτός σε ένα σύστημα DWDM. Τα εισερχόμενα κομμάτια ηλεκτρικών δεδομένων (0 ή 1) ενεργοποιούν τη διαμόρφωση ενός φωτεινού ρεύματος (π.χ. ένα φως ανάφλεξης = 1, η απουσία φωτός = 0). Τα λέιζερ δημιουργούν παλμούς φωτός. Κάθε παλμός φωτός έχει ακριβές μήκος κύματος (λάμδα) εκφρασμένο σε νανόμετρα (nm). Σε ένα σύστημα βασισμένο σε οπτικό φορέα, ένα ρεύμα ψηφιακών πληροφοριών αποστέλλεται σε μια συσκευή φυσικού στρώματος, η έξοδος της οποίας είναι πηγή φωτός (LED ή λέιζερ) που διασυνδέει καλώδιο οπτικών ινών. Αυτή η συσκευή μετατρέπει το εισερχόμενο ψηφιακό σήμα από ηλεκτρική (ηλεκτρόνια) σε οπτική (φωτόνια) μορφή (ηλεκτρική προς οπτική μετατροπή, EO). Τα ηλεκτρικά και τα μηδενικά ενεργοποιούν μια πηγή φωτός που αναβοσβήνει (π.χ. φως = 1, λίγο ή καθόλου φως = 0) στον πυρήνα μιας οπτικής ίνας. Η μετατροπή EO δεν επηρεάζει την κυκλοφορία. Η μορφή του υποκείμενου ψηφιακού σήματος παραμένει αμετάβλητη. Οι παλμοί φωτός διαδίδονται σε όλη την οπτική ίνα μέσω της ολικής εσωτερικής αντανάκλασης. Στο τέλος λήψης, ένας άλλος οπτικός αισθητήρας (φωτοδίοδος) ανιχνεύει παλμούς φωτός και μετατρέπει το εισερχόμενο οπτικό σήμα σε ηλεκτρική μορφή. Ένα ζευγάρι ινών συνήθως συνδέει οποιεσδήποτε δύο συσκευές (μία μετάδοση ίνας, μία ίνα λήψης).
Τα συστήματα DWDM απαιτούν πολύ ακριβή μήκη κύματος φωτός για να λειτουργούν χωρίς διακεκομμένη παραμόρφωση ή διασταύρωση. Αρκετά μεμονωμένα λέιζερ τυπικά χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία των επιμέρους καναλιών ενός συστήματος DWDM. Κάθε λέιζερ λειτουργεί σε ένα ελαφρώς διαφορετικό μήκος κύματος. Τα σύγχρονα συστήματα λειτουργούν με απόσταση 200, 100 και 50-GHz. Τα νεότερα συστήματα υποστηρίζουν απόσταση 25 GHz και απόσταση 12,5 GHz. Γενικά, οι πομποδέκτες DWDM (DWDM SFP, DWDM SFP +, DWDM XFP κ.λπ.) που λειτουργούν στα 100 και 50 GHz μπορούν να βρεθούν στην αγορά σήμερα.
DWDM Mux / DeMux φίλτρα
Πολλαπλά μήκη κύματος (όλα εντός της ζώνης των 1550 nm) που δημιουργούνται από πολλαπλούς πομπούς και λειτουργούν σε διαφορετικές ίνες συνδυάζονται σε μία ίνα μέσω ενός οπτικού φίλτρου (φίλτρο Mux). Το σήμα εξόδου ενός οπτικού πολυπλέκτη αναφέρεται ως σύνθετο σήμα. Στο άκρο υποδοχής, ένα φίλτρο οπτικής πτώσης (φίλτρο DeMux) χωρίζει όλα τα μεμονωμένα μήκη κύματος του σύνθετου σήματος από τις επιμέρους ίνες. Οι μεμονωμένες ίνες περνούν τα απομακρυνθέντα μήκη κύματος σε όσους οπτικούς δέκτες. Συνήθως, τα εξαρτήματα Mux και DeMux (μετάδοση και λήψη) περιέχονται σε ένα ενιαίο περίβλημα. Οι οπτικές συσκευές Mux / DeMux μπορεί να είναι παθητικές. Τα σήματα συνιστωσών είναι πολυπλεγμένα και αποπλέκονται οπτικά, όχι ηλεκτρονικά, επομένως δεν απαιτείται εξωτερική πηγή ισχύος. Το παρακάτω σχήμα είναι αμφίδρομη λειτουργία DWDM. Ν φωτεινοί παλμοί N διαφορετικών μηκών κύματος που μεταφέρονται από Ν διαφορετικές ίνες συνδυάζονται με ένα DWDM Mux . Τα σήματα Ν πολλαπλασιάζονται επί ενός ζεύγους οπτικών ινών. Ένα DWDM DeMux λαμβάνει το σύνθετο σήμα και διαχωρίζει κάθε ένα από τα σήματα συνιστωσών Ν και περνάει το καθένα σε μια ίνα. Τα βέλη σήματος εκπομπής και λήψης αντιπροσωπεύουν εξοπλισμό πελάτη. Αυτό απαιτεί τη χρήση ενός ζεύγους οπτικών ινών. ένα για μετάδοση, ένα για λήψη.
Οπτικοί πολυπλέκτες προσθήκης / απόθεσης
Οι οπτικοί πολυπλέκτες προσθήκης / πτώσης (π.χ. OADM) έχουν διαφορετική λειτουργία του "Add / Drop", σε σύγκριση με τα Mux / DeMuxfilters. Εδώ υπάρχει ένα σχήμα που δείχνει τη λειτουργία ενός OADM 1 καναλιού. Αυτό το OADM έχει σχεδιαστεί για να προσθέτει ή να ρίχνει οπτικά σήματα μόνο με ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος. Από αριστερά προς τα δεξιά, ένα εισερχόμενο σύνθετο σήμα σπάει σε δύο συνιστώσες, πτώση και διέλευση. Το OADM ρίχνει μόνο την κόκκινη ροή οπτικού σήματος. Η πτώση του ρεύματος σήματος μεταδίδεται στον δέκτη μιας συσκευής πελάτη. Τα υπόλοιπα οπτικά σήματα που περνούν μέσω του OADM πολλαπλάζονται με νέα ροή σήματος προσθήκης. Το OADM προσθέτει ένα νέο ρεύμα κόκκινου οπτικού σήματος, το οποίο λειτουργεί στο ίδιο μήκος κύματος με το σήμα που έπεσε. Το νέο ρεύμα οπτικού σήματος συνδυάζεται με τα σήματα διέλευσης για να σχηματίσει ένα νέο σύνθετο σήμα.
Το OADM που σχεδιάστηκε για λειτουργία σε μήκη κύματος DWDM ονομάζεται DWDM OADM , ενώ λειτουργούν σε μήκη κύματος CWDM ονομάζονται CWDM OADM . Και οι δύο μπορούν να βρεθούν στην αγορά τώρα.
Οπτικοί ενισχυτές
Οι οπτικοί ενισχυτές ενισχύουν το πλάτος ή προσθέτουν κέρδος στα οπτικά σήματα που περνούν πάνω σε μια ίνα με την άμεση διέγερση των φωτονίων του σήματος με επιπλέον ενέργεια. Είναι συσκευές "εν σειρά". Οι οπτικοί ενισχυτές ενισχύουν τα οπτικά σήματα σε ένα ευρύ φάσμα μηκών κύματος. Αυτό είναι πολύ σημαντικό για την εφαρμογή συστήματος DWDM. Οι ενισχυτές οπτικών ινών με έγχυση με έρπη (EDFAs) είναι οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι τύποι ενισχυτών οπτικών ινών. Τα EDFA που χρησιμοποιούνται σε συστήματα DWDM μερικές φορές ονομάζονται DWDM EDFA, σε σύγκριση με αυτά που χρησιμοποιούνται σε συστήματα CATV ή SDH. Για να επεκτείνετε την απόσταση μετάδοσης του συστήματος DWDM, μπορείτε να προμηθευτείτε όλους τους τύπους οπτικών ενισχυτών στο Fiberstore, συμπεριλαμβανομένων των DWDM EDFA, CATV EDFA, SDH EDFA, EYDFA και Raman Ενισχυτής κλπ. (Εδώ είναι ένα σχήμα που δείχνει τη λειτουργία ενός DWDM EDFA.)
Αναμεταδότες (Μετατροπείς μήκους κύματος)
Οι αναμεταδότες μετατρέπουν τα οπτικά σήματα από ένα εισερχόμενο μήκος κύματος σε ένα άλλο εξερχόμενο μήκος κύματος κατάλληλο για εφαρμογές DWDM. Οι αναμεταδότες είναι μετατροπείς μήκους κύματος οπτικών-ηλεκτρικών-οπτικών (OEO). Ένας αναμεταδότης εκτελεί μια λειτουργία OEO για να μετατρέψει τα μήκη κύματος του φωτός, έτσι μερικοί άνθρωποι τους ονόμασαν "OEO" για συντομία. Στο εσωτερικό του συστήματος DWDM, ένας αναμεταδότης μετατρέπει το οπτικό σήμα του πελάτη σε ένα ηλεκτρικό σήμα (OE) και στη συνέχεια εκτελεί είτε λειτουργίες 2R (Reamplify, Reshape) είτε 3R (Reamplify, Reshape και Retime). Το παρακάτω σχήμα δείχνει λειτουργία αμφίδρομης αναμεταδότη. Ένας αναμεταδότης βρίσκεται μεταξύ μιας συσκευής πελάτη και ενός συστήματος DWDM. Από αριστερά προς τα δεξιά, ο αναμεταδότης λαμβάνει ένα ρεύμα οπτικού μπιτ που λειτουργεί σε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος (1310 nm). Ο αναμεταδότης μετατρέπει το μήκος κύματος λειτουργίας του εισερχόμενου δυαδικού ψηφιακού ρεύματος σε ένα μήκος κύματος συμβατό με ITU. Μεταδίδει την έξοδο του σε ένα σύστημα DWDM. Στην πλευρά λήψης (δεξιά προς τα αριστερά), η διαδικασία αντιστρέφεται. Ο αναμεταδότης λαμβάνει ένα bitstream συμβατό με ITU και μετατρέπει τα σήματα πίσω στο μήκος κύματος που χρησιμοποιείται από τη συσκευή πελάτη.
Οι αναμεταδότες χρησιμοποιούνται γενικά σε συστήματα WDM (2,5 έως 40 Gbps), συμπεριλαμβανομένων όχι μόνο συστημάτων DWDM, αλλά και συστημάτων CWDM. Το Fiberstore παρέχει διάφορους αναμεταδότες WDM (μετατροπείς OEO) με διαφορετικές θύρες (SFP σε SFP, SFP + έως SFP +, XFP σε XFP κ.λπ.).
Πώς λειτουργούν τα στοιχεία συστήματος DWDM μαζί με την τεχνολογία DWDM
Δεδομένου ότι το σύστημα DWDM αποτελείται από αυτά τα πέντε στοιχεία, πώς συνεργάζονται; Τα παρακάτω βήματα δίνουν την απάντηση (επίσης μπορείτε να δείτε ολόκληρη τη δομή ενός βασικού συστήματος DWDM στο παρακάτω σχήμα):
Χρησιμοποιώντας την τεχνολογία DWDM, τα συστήματα DWDM παρέχουν το εύρος ζώνης για μεγάλα ποσά δεδομένων. Στην πραγματικότητα, η χωρητικότητα των συστημάτων DWDM αυξάνεται καθώς προωθούνται οι τεχνολογίες που επιτρέπουν τη στενότερη απόσταση και κατά συνέπεια την αύξηση των αριθμών των μηκών κύματος. Όμως, το DWDM κινείται επίσης πέρα από τη μεταφορά για να γίνει η βάση της ολικής-οπτικής δικτύωσης με την πρόβλεψη μήκους κύματος και την προστασία με βάση τα μάτια. Η εναλλαγή στο φωτονικό στρώμα θα επιτρέψει αυτή την εξέλιξη, καθώς και τα πρωτόκολλα δρομολόγησης που επιτρέπουν στις διαδρομές φωτός να διασχίσουν το δίκτυο με τον ίδιο τρόπο που κάνουν σήμερα τα εικονικά κυκλώματα. Με την ανάπτυξη τεχνολογιών, τα συστήματα DWDM μπορεί να χρειαστούν πιο προηγμένα εξαρτήματα για να έχουν μεγαλύτερα πλεονεκτήματα.