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WDM技术的原理及其应用与发展(吴海西)<2>

2/14/2005来源:光纤通信人气:8663

WDM技术的原理及其应用与发展(吴海西)<2> 三、WDM系统在传送网中的应用 传送网面临着巨大带宽需求和网络业务调度等压力,2000年传送网络的热点是:长途 干线大规模应用DWDM系统,从而提供更多的带宽、降低中继成本;在大容量市话网络中规 模应用STM-64和STM-16系统,支持业务的灵活调度。 1.WDM在长途干线传输网中的应用 与由分插复用器(ADM)和中继器构建的传统SDH长途干线网相比,DWDM系统由于采用 具有多波长放大能力的接饵光纤放大器技术,从而降低了长途干线网的中继成本,获得了 广泛应用。在长途干线传输网中,DWDM负责解决业务的长距离传送,SDH负责解决业务的调 度、上下和保护。根据目前长途干线网建设和维护中对DWDM的要求,总结出以下几个要点: ①在长途干线网中,中继设备数量大为减少,具有统一管理DWDM和SDH设备能力的网管 系统可降低网管系统的投资,简化维护工作。 ②长途干线中设备节点距离较远,给系统维护和故障排除带来很大不便。如果采用具 有定时扫描各种光谱特性的内置光谱分析单元,维护人员就可以在网管中心实时了解动态 运行中的每个波长的光功率、中心波长、光信噪比等光谱特性,实现系统在线监控,满足 干线网远程监控与维护的需要。 ③目前ITU-T建议只定义了8×22dB,5×30dB,3×33 dB三种规模的光放大单元,但 长途干线中实际再生段超出120km的情况很多,随着器件技术水平的提高,采用具有更多光 放规格的DWDM系统,在工程设计时就可以超出上述受限范围,最终降低中继建设成本。 ④目前大多数DWDM系统尚不支持系统误码性能监测和连接完整性确认等重要功能,相 反,SDH利用丰富的开销字节能很好地支持上述功能。目前国内有些厂商的DWDM系统在收端 和发端的波长转换单元(OTU)进行波长转换的同时,将SDH帧结构中的B1字节提取出来进 行校验,可实现在线监测和故障准确定位。 ⑤长途干线中具有再定时、再整形和再放大(3R)能力的OTU单元可在国距离原因导致 光信噪比下降突破阈值、超出色散容限的节点替代SDH电中继设备,以降低建设成本。 2.WDM技术在城域网中的应用 随着技术的进步和业务的发展,WDM技术正从长途传输领域向城域网领域扩展,当然这 种扩展不是直截了当的,还需要针对城域网的特定环境进行改造。适用于城域网领域的WDM 系统称为城域网WDM系统,其主要特点和要求是:首先,低成本是城域网WDM系统最重要的 特点,特别是按每波长计其成本必须明显低于长途网用的WDM系统。由于城域网范围传输距 离通常不超过100km,因而不必使用长途网必须用的外调制器和光放大器。由于没有光放大 器,也就不需要任何形式的通路均衡,从而减少了分波器和合波器的复杂性,也不会遭受 与光放大器有关的非线性损伤。光放大段的设计仅仅是光损耗的设计,十分简单明了。最 后,由于没有光放大器,波长数的增加和扩展也不再受光放大器频带的限制,容许使用波 长间隔较宽、波长精度和稳定度要求较低的光源、合波器、分波器和其他元件,使元器件, 特别是无源器件的成本大幅度下降,从而降低了整个系统的成本。 城域网WDM系统容许网络运营者提供透明的以波长为基础的业务,这样用户可以灵活地 传送任何格式的信号而不必受限于SDH的结构和格式。特别是对于应用在城域网边缘的系统, 直接与用户接口,要能灵活快速地支持各种速率和信号格式的业务,因而要求其光接口可 以自动接收和适应从10Mbit/s到2.5Gbit/s范围的所有信号,包括SDH,ATM,ip,ESCON, FDDI、千兆以太网和光纤通路等。而对于应用在城域网核心的系统,将来有可能还会要求 支持10 Gbit/s的SDH信号和10Gbit/s的以太网信号。 城域网WDM系统还应具备波长可扩展性,新的波长应能随时加上而不会影响原有工作波 长。这样,系统可以通过简单地增加波长而迅速提供新的业务,极大地增强运营商的市场竞 争能力。 四、WDM技术在数据业务中的应用 随着Internet的迅猛发展,对其骨干网的带宽提出了很大需求。从目前的发展看,最合 适的解决方案是千兆以太网(GE)over DWDM,它可以提供几十个千兆比每秒的通信带宽, 而且具有以太网的简易性,与其它类似速率的通信技术比较,具有价格低廉的特点。 GE over DWDM实现了以太网基础之上的平滑过渡,综合平衡了现有的端点工作站、管理 工具和培训I基础等各种因素。千兆以太网采用802.32协议,与10M,100M以太网具有同样的 帧格式和帧长。对于广大的网络用户来说,这意味着现有的投资可以在合理的初始开销上延 续到千兆以太网,而不需要对技术支持人员和用户进行重新培训,也不需要作另外的协议和 中间件的投资。 IP over DWDM的通俗说法就是让 IP数据包直接在光路上传送,减少网络层之间的冗余部 分。由于省去了中间的ATM和SDH层,其传输效率最高,节省了网络运营商的成本,同时也降 低了用户获得多媒体通信业务的费用,是一种最直接、最经济的IP网络体系结构。GE over DWDM是IP over DWDM的一种廉价方式,非常适用于大型城域IP骨干网的应用。 GE over DWDM的基本原理和工作方式是:在发送端,将交换机、路由器等设备发出的千 兆以太网光信号送给千兆以太网波长转换板进行光/电转换,变为电信号;此电信号分为两 路,一路送给千兆以太网的MAC芯片,另一路去调制具有特定波长的激光器;通过千兆以太 网的MAC芯片可以获取千兆以太网的传输情况,如数据包流量和错误的数据包数量,可以很 方便地在传输网管设备上观察到千兆以太网的运行情况,及时查找传输线路故障;经过波长 激光器调制的千兆以太网光信号同其它波长的光信号组合(复用)送入一根光纤中传输。在 接收端,通过分波器将各个波长的光信号从一根光纤分出,送入不同终端。分出的千兆以太 网光信号被送给千兆以太网波长转换板,同样进行光-电-光转换,并在电层用千兆以太网的 MAC芯片监视传输情况;最后将千兆以太网光信号送到交换机、路由器等设备的千兆以太网光 口,完成GE over DWDM的全过程。 五、WDM的发展方向 虽然WDM技术问世时间不长,但由于具有许多显著的优点而表现出强大的生命力,从而迅 速得到推广应用,并向全光网络的方向发展。 从发展的角度看,今后全光技术的发展可能表现在以下几个方面: ①光分插复用器(OADM) 目前采用的OADM只能在中间局站上、下固定波长的光信号,使用起来比较僵化。而未来 的OADM对上、下光信号将是完全可控的,就像现在分插复用器上、下电路一样,通过网管系 统就可以在中间局站有选择地上、下一个或几个波长的光信号,使用起来非常方便,组网 (光网络)十分灵活。 ②光交叉连接设备(OXC) 与OADM相类似,未来的OXC将像现在的DXC能对电信号随意进行交叉连接一样,可以利用 软件对各路光信号进行灵活的交叉连接。OXC对全光网络的调度、业务的集中与疏导、全光网 络的保护与恢复等都会发挥重大作用。 ③可变波长激光器 到目前为止,光纤通信用的光源即半导体激光器只能发出固定波长的光波,尚不能做到 按需要随意改变半导体激光器的发射波长。将来可能会出现可变波长激光器,即激光器光源 的发射波长可按需要进行调谐发送,其光谱性能将更加优越,而且具有更高的输出功率、更 高的稳定性和更高的可靠性。不仅如此,可变波长的激光器光源还更有利于大批量生产,降 低成本。 ④全光再生器 目前的再生器即所谓的电再生器,都需要经过光一电一光的转换过程,即通过对电信号 的处理来实现再生(整形、定时、数据再生)。电再生器体积大、耗电多、运营成本高。掺 饵光纤放大器虽然可以用来作再生器使用,但它只是解决了系统损耗受限的难题,而对于色 散受限,掺何光纤放大器是无能为力的。色散受限还需要靠光源的色散容限值(DL)来解决, 这就对光源的光谱性能提出了极高的要求。未来的全光再生器则不然,它不需要光一电一光 的处理就可以对光信号直接进行再定时、再整形和再放大,而且与系统的工作波长、比特率、 协议等无关。由于它具有光放大功能,所以解决了损耗受限的难题,又因为它可以对光脉冲 波形直接进行再整形,所以也解决了色散受限方面的难题。 六、结语 总之,全光网络是未来信息传送网的发展方向,它可以直接对光信号进行处理,不仅大 大简化了网络结构,降低了成本,而且极大地提高了网络的稳定性与可靠性。如果说20世纪 的通信是电网络的时代,那么21世纪的信息传输将会是全新的光网络时代。 摘自《现代电信科技》