Дальнейшее развитие технологий передачи информации по волоконно-оптическим каналам невозможно без оптимизации издержек. Наряду с хорошо известной технологией DWDM, в последнее время все активнее применяется технология CWDM.

При передаче данных по технологии DWDM каналы отделены друг от друга узкими интервалами, около 0,8 нм, чем достигается высокая плотность упаковки (см. Рисунок 1a). На рынке представлены системы для передачи по одному волокну 32 и 64 каналов. Благодаря малым промежуткам между каналами оптические усилители (EDFA) могут одновременно усиливать все каналы, в результате чего дальность передачи может достигать достаточно большой величины (примерно 100 км).

При небольшом зазоре между каналами передать данные удается, только благодаря значительным техническим ухищрениям, так, например, лазеры должны иметь температурную стабилизацию для каждого из каналов. Именно по причине высоких затрат технология DWDM до недавнего времени была востребована только в сетях дальней связи.

ТЕХНОЛОГИЯ CWDM

Ввиду постоянного повышения требований к использованию оптического волокна в магистральных сетях предприятия и сетях доступа, мультиплексирование по длине волны необходимо было изменить таким образом, чтобы его можно было реализовывать с меньшими затратами. В качестве решения было предложено увеличить расстояние между каналами до 20 нм, тогда стоимость активных и пассивных компонентов заметно снижается. Технология грубого спектрального мультиплексирования (Coarse Wavelength Division Multiplexing, CWDM) позволяет создавать до восьми каналов в диапазоне от 1470 до 1610 нм (см. Рисунок 1б). При расширении диапазона вниз до 1310 нм число возможных каналов передачи увеличивается до 16. Однако в этом случае возникают две проблемы: во-первых, при 1310 нм потери на излучение почти вдвое больше, чем при 1550 нм, а потому максимально допустимое расстояние заметно сокращается; во-вторых, приходится использовать специальные волокна, в которых кривая затухания убывает равномерно между 1310 и 1550 нм, иначе из-за «водяного пика» в волокне происходит сильное поглощение ионами OH, и нельзя организовать больше четырех каналов.

Расстояние между длинами волн в системах CWDM недавно было стандартизировано ITU (Международный телекоммуникационный союз). Новый стандарт ITU G.694.2 определяет интервал между каналами в 20 нм в диапазоне от 1270 до 1610 нм. Таким образом, технология CWDM превратилась в международный стандарт.

Система CWDM выступает в качестве замены решений DWDM в области городских сетей и сетях доступа. При этом высокие требования предъявляются к обеспечению к отказоустойчивости при различных, специфических для телекоммуникационных приложений топологиях сети. С не меньшим вниманием, чем к отказоустойчивости таких чувствительных компонентов системы, как блоки питания и вентиляторы, надо относиться к защите каналов и трасс передачи информации.

ЗАЩИТА ЛИНИИ

При таком способе защиты передаваемой информации между двумя фиксированными точками данные передаются параллельно по двум волокнам, которые идут по отдельным трассам. На принимающей стороне с помощью оптического коммутатора выбирается один из каналов. При прерывании активного соединения выполняется автоматическое переключение на вторую линию, причем эта операция занимает не больше, чем это определено для сетей SDH, — т. е. переключение осуществляется менее чем за 50 мс. Этот способ защиты информации позволяет избежать потери данных при разрыве одного из волокон. Его реализация обходится относительно недорого, так как понадобится только дополнительный оптический коммутатор. Но при отказе активных компонентов (например, лазера) он не поможет и пригоден только для соединения «точка-точка». Обеспечение же защиты в случае отказа активных компонентов в кольцевой технологии требует больших затрат.

ЗАЩИТА КАНАЛА

Рассмотрим, как обеспечивается безопасность не всего волокна целиком, а каждого канала в отдельности. Это достигается путем параллельной передачи информации одновременно по двум каналам. В точке приема принимается решение, какой из двух каналов будет передан дальше. В максимальной конфигурации две полные системы функционируют параллельно, и при отказе одной другая берет на себя обслуживание всего трафика. Такая схема защиты особенно эффективна для кольцевых топологий и линейных соединений с ответвлениями, так как для каждого канала используются отдельные схемы. Чем выше требования к безопасности системы, тем дороже она стоит, и об этом надо думать уже на стадии планирования, поскольку дублирование всех составных частей обеспечит защиту, но, вместе с этим, удвоит стоимость решения.

Кроме всего прочего, надо заботиться о гибкости системы и о возможности реализации различных сетевых топологий.

Рисунок 2а. Поддерживаемые CWDM топологии.

Соединения «точка-точка». При таком режиме работы информация передается по каналам между двумя точками (см. Рисунок 2a). Для успешной передачи данных на расстояние до 80 км необходимы мультиплексоры/демультиплексоры в тех узлах,

Рисунок 2б. Поддерживаемые CWDM топологии.
где будет происходить объединение информационных потоков из разных волокон и последующее их разъединение.

Соединение с ответвлениями (linear-add-drop). Такая топология (см. Рисунок 2б) реализует передачу информации от одного узла к другому с промежуточными узлами на этом пути, где возможен ввод и отвод отдельных каналов. При надлежащем планировании каждый канал можно скоммутировать между двумя любыми узлами в сети. В конечных узлах устанавливаются стандартные мультиплексоры и демультиплексоры. При расчетах нужно помнить о том, что каждый мультиплексор вставки и извлечения (Add-Drop Multiplexer, ADM) вносит затухание, в результате чего общая протяженность тракта соответственно снижается.

Кольцевая топология. Реализация сети в форме «кольца» (см. Рисунок 2в) особенно популярна у телекоммуникационных компаний, так как именно она обеспечивает максимальную надежность передачи данных при минимальной длине волокна. В случае разрыва кольца сеть сохраняет способность

Рисунок 2в. Поддерживаемые CWDM топологии.
передавать данные между любыми его узлами. В каждом узле кольцевых сетей должен устанавливаться оптический мультиплексор с возможностью ответвления. Между двумя любыми узлами можно скоммутировать отдельный канал.

МАГИСТРАЛЬНАЯ СЕТЬ ПРЕДПРИЯТИЯ

Системы CWDM хорошо подходят для создания корпоративной информационной магистрали. Главные области применения — соединение с филиалами и центрами обработки данных в одном городе. Сегодня на первое по важности место выходит не увеличение емкости оптических линий, а вопросы согласования различных сетей и протоколов. Наряду с сетями передачи данных, магистрали которых нередко построены исключительно на базе Gigabit Ethernet, многие предприятия организуют свои сети хранения данных (Storage Area Network, SAN), обращаясь к таким стандартам, как Fibre Channel, FICON и ESCON. Кроме того, часто возникает потребность интегрировать технологии FDDI, Token Ring и ATM. Не надо забывать и о связи обычных телефонных устройств по интерфейсу E1. В подобной ситуации очень важно с самого начала предусмотреть систему с максимальной гибкостью, возможностью работы на различных скоростях передачи данных и с разными интерфейсами. Необходимо помнить о дальнейшем развитии своей магистральной сети — о ее расширении и полном отказе от стандартов ESCON и Fibre Channel. Для достижения наибольшей совместимости, оптический интерфейс должен быть реализован по модульному принципу, т. е. понадобится обеспечить взаимозаменяемость для каждого канала: например, для перехода от многомодовой передачи в диапазоне 850 нм к одномодовому режиму в диапазоне 1350 нм.

ПЕРЕХОД ОТ CWDM К DWDM

Ограничивающим фактором использования технологии CWDM является небольшое число каналов. Как уже было сказано, с помощью стандартных систем можно организовать от восьми до 16 каналов. Для современного уровня спроса этого вполне достаточно, но многие предприятия заинтересованы в защите инвестиций в будущем. Если потребуется большее число каналов, переход на технологию DWDM станет практически неизбежным, поскольку только она обеспечивает требуемую емкость благодаря более узкому интервалу между каналами. Поэтому все существующие системы CDWM на предприятиях предстоит со временем заменить на системы DWDM. При этом потребуются значительные финансовые инвестиции, поскольку то, что было вложено в систему CWDM, в дальнейшем не пригодится.

Новая концепция «мягкой» миграции от CWDM к DWDM позволяет объединить преимущества обеих систем. При соответствующем выборе лазера в одном канале CWDM можно организовать до восьми каналов DWDM, не нарушая работоспособности других каналов CWDM (см. Рисунок 3). При таком режиме работы каналы DWDM должны при помощи подходящего мультиплексора/демультиплексора соединяться с пассивным каналом CWDM.

В результате предприятие получает очень гибкое и экономное решение. Имея в своем распоряжении всего восемь каналов в системе CWDM, при необходимости увеличения их числа можно один из активных каналов CWDM перевести в пассивный режим и организовать в нем до восьми каналов DWDM. Для этого необходимо только подключить шасси DWDM с поддержкой восьми каналов. Семь оставшихся каналов CWDM плюс восемь новых DWDM дают в сумме 15 рабочих каналов. При возникновении необходимости в дальнейшем расширении системы можно проделать еще одну такую же операцию. В конце концов восьмиканальная система CWDM превратится в 64-канальную систему DWDM, для чего потребуются не слишком большие инвестиции, при этом предприятие сможет использовать уже имеющуюся систему.

ОПТИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ

Из-за большой спектральной ширины канала CWDM не удается усиливать сразу несколько каналов с помощью одного оптического усилителя. Используя усилитель с добавками эрбия (Erbium Doped Fiber Amplifier, EDFA), сигналы можно усилить лишь в небольшой части диапазона CWDM, при этом одинаковое усиление всех восьми каналов невозможно. Многочисленные попытки решения проблемы привели к созданию кремниевого оптического усилителя (Silicon Optical Amplifier, SOA), правда, это перспективное изобретение пока находится в стадии разработки, и никаких конкретных цифр о количестве каналов и степени усиления не обнародовано. Однако нехватка оптических усилителей в городских сетях не слишком серьезная неприятность, поскольку сигналы в них передаются на небольшие расстояния, а передача может быть успешно осуществлена и без усиления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В последние годы технология CWDM зарекомендовала себя вполне эффективной альтернативой технологии DWDM с точки зрения многократного использования оптических волокон. Из-за большого промежутка между каналами (20 нм) общее число действующих каналов ограничено (от восьми до 16 в зависимости от качества волокна). Для развертывания независимой системы DWDM требуются значительные инвестиции, поэтому в статье предложен метод комбинированного применения технологий CWDM и DWDM, который заключается в последовательном преобразовании каждого из каналов CWDM в восемь каналов DWDM без больших финансовых затрат.

Система имеет модульную структуру и успешно реализуется не только в случае простейшего соединения «точка—точка», но и в сетях с ответвлениями и кольцевых топологиях (что особенно интересно для телекоммуникационных компаний). Оптические интерфейсы для каждого из каналов должны предусматривать возможность подключения к ним различных оптических устройств.

Ханс Бауэр — главный инженер компании Microsens. С ним можно связаться по адресу: http://www. microsens.de.

Словарь
CWDM-грубое спектральное мультиплексирование с расстоянием между каналами 20 нм.
DWDM-плотное спектральное мультиплексирование с типичным расстоянием между каналами 0,8 нм.
EDFA -оптический усилитель для систем DWDM на основе специальных волокон с добавками эрбия.
ESCON-Enterprise System Connection.
FICON-Fibre Connector Technology.
ITU -International Telecommunication Union.