DWDM技術(shù)原理及其在城域網(wǎng)中的應(yīng)用

DWDM技術(shù)原理及其在城域網(wǎng)中的應(yīng)用

由于密集波分復(fù)用（DWDM）技術(shù)能充分利用光纖的巨大帶寬資源，大幅度提高系統(tǒng)傳輸容量，降低傳輸成本，因此該技術(shù)在長(zhǎng)途和骨干網(wǎng)的超大容量傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。如果把DWDM技術(shù)引入城域網(wǎng)、接入網(wǎng)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)就會(huì)變成無(wú)縫連接的整體，為所有不同的業(yè)務(wù)提供支持和連接，因此城域網(wǎng)中DWDM具有很大優(yōu)越性和發(fā)展?jié)摿Γ瑢⒊蔀檎麄€(gè)通信網(wǎng)絡(luò)向全光網(wǎng)絡(luò)演變的必然。

　　由于DWDM技術(shù)在我局城域網(wǎng)上還沒有開展應(yīng)用，為此結(jié)合DWDM技術(shù)原理和性能優(yōu)勢(shì)，對(duì)DWDM技術(shù)在城域網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行了一些初步探討，為DWDM技術(shù)在未來(lái)我局城域網(wǎng)中的應(yīng)用提供一些參考。

　　2 DWDM技術(shù)原理與性能優(yōu)勢(shì)

　　2.1 密集波分復(fù)用原理

　　DWDM技術(shù)指在當(dāng)前1.55μm波段密集放置更多信道，在發(fā)送端采用光復(fù)用器（合波器）將不同規(guī)定波長(zhǎng)的信號(hào)光載波合并起來(lái)送入一根光纖進(jìn)行傳播。在接收端，再由一個(gè)光解復(fù)用器（分波器）將這些不同波長(zhǎng)承載不同信號(hào)的光載波分開，從而在一根光纖中可以實(shí)現(xiàn)多路光信號(hào)的復(fù)用傳輸(參看圖1)。在ITU-T建議標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定信道間隔為100GHz的整數(shù)倍。現(xiàn)在，人們已在試驗(yàn)采用50GHz和33.3GHz的信道間隔，甚至更窄，力求更充分地利用光纖的可用帶寬。

　　2.2 DWDM系統(tǒng)組成

　　DWDM系統(tǒng)主要由光源、光放大器、光復(fù)用器和光解復(fù)用器組成，分別簡(jiǎn)述如下。

　　1.光源

　　DWDM系統(tǒng)的無(wú)電再生中繼長(zhǎng)度從50~60km增加到了500~600km，在要求傳輸系統(tǒng)的色散受限距離大大延長(zhǎng)的同時(shí)，為了克服光纖非線性效應(yīng)，要求光源使用技術(shù)更為先進(jìn)、性能更為優(yōu)良的激光器。總之，DWDM系統(tǒng)光源的兩個(gè)突出的特點(diǎn)是：（1）具有一定色度色散容限；（2）標(biāo)準(zhǔn)而穩(wěn)定的波長(zhǎng)。

　　2．光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器（OTU）

　　DWDM可以分為開放式和集成式兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。所謂的“開放式”是指在同一個(gè)WDM系統(tǒng)中，可以接入不同廠商的SDH系統(tǒng)。它采用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)，將復(fù)用終端的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成指定的波長(zhǎng)，所以對(duì)復(fù)用終端接口沒有特別的要求，只要這些接口符合ITU-T G.957建議的光接口標(biāo)準(zhǔn)。而集成式WDM系統(tǒng)沒有采用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)，要求復(fù)用終端的光信號(hào)的波長(zhǎng)符合系統(tǒng)的規(guī)范。

　　3．光放大器（OA）

　　光放大器是一種不需要經(jīng)過(guò)光/電/光的變換而直接對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大的有源器件,能補(bǔ)償光功率在光纖傳輸中的損耗,延長(zhǎng)通信系統(tǒng)的傳輸距離。

　　摻餌光纖放大器(EDFA)的工作原理:EDFA主要由摻餌光纖（EDF）、泵浦光源、耦合器、隔離器等部件組成。它利用摻餌光纖的非線性效應(yīng)，泵浦光(摻餌光纖放大器的泵浦波長(zhǎng)為980nm)輸入到摻餌光纖中，當(dāng)有信號(hào)光輸入時(shí)，輻射光的相位和波長(zhǎng)會(huì)自發(fā)地與信號(hào)光保持一致，這樣在輸出端就可以得到功率較強(qiáng)的光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光信號(hào)的放大。

　　4． 光復(fù)用器與光解復(fù)用器

　　在WDM系統(tǒng)中，將不同光源波長(zhǎng)的信號(hào)結(jié)合在一起的器件稱為合波器，反之，將經(jīng)同一光纖送來(lái)的多波長(zhǎng)信號(hào)分解為個(gè)別波長(zhǎng)分別輸出的器件稱為分波器。同一器件既可作為分波器，又可以作為合波器。一般要求分波器、合波器的插入損耗小，隔離度大，帶內(nèi)損耗平坦，低的偏振相關(guān)性等。目前在WDM系統(tǒng)中使用的光分波合波器主要有陣式波導(dǎo)光柵（AWG）、相控陣分波器、可調(diào)諧濾波器、干涉膜濾波器、光柵耦合器等。

　　2．3 DWDM網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)：

　　由于DWDM系統(tǒng)可以承載SDH、PDH和其他不受限的數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)，其網(wǎng)管系統(tǒng)應(yīng)該與傳送的業(yè)務(wù)層的網(wǎng)管分離，分別通過(guò)Q3接口同時(shí)送給上層的網(wǎng)絡(luò)管理層。這樣可以增加DWDM承載業(yè)務(wù)的多樣性。

　　在發(fā)送端，通過(guò)插入本節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的波長(zhǎng)為?s（1510nm）的光監(jiān)控（OSC）信號(hào)，來(lái)完成幀同步字節(jié)、公務(wù)字節(jié)和網(wǎng)管所用的開銷字節(jié)的傳遞。網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)通過(guò)光監(jiān)控信道物理層傳送開銷字節(jié)到其他節(jié)點(diǎn)或接收來(lái)自其他節(jié)點(diǎn)的開銷字節(jié)對(duì)DWDM系統(tǒng)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等功能，并與上層管理系統(tǒng)相連。為防止某段光纖中光監(jiān)控信道雙向都斷路,網(wǎng)元管理系統(tǒng)無(wú)法獲取網(wǎng)元的監(jiān)控信息, DWDM系統(tǒng)必須具有監(jiān)控通路的保護(hù)功能。

　　 2．4 DWDM適用的光纖系統(tǒng)

　　在DWDM系統(tǒng)中，由于多個(gè)光信號(hào)在一根光纖中同時(shí)傳輸，因此增加了光纖中光功率的密度，很容易引發(fā)四波混頻（FWM）等非線性現(xiàn)象。除常規(guī)G.652光纖外，還有色散位移G.653光纖和非零色散G.655光纖。

　　G.652光纖在1.3?m和1.5?m處具有很低的損耗，特別是在1.55?m處,損耗低于0.2dB/km,對(duì)長(zhǎng)距離傳輸非常有利，但色散相對(duì)較大，約17ps/nm.km。由于G.652光纖在我國(guó)已大量敷設(shè)，因此利用原有的光纖采用DWDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)超高速傳輸是當(dāng)前的首選方案。

　　G.653光纖又稱色散位移光纖，它在1550nm窗口同時(shí)具有最小色散和最低損耗，它是單波長(zhǎng)系統(tǒng)的最佳選擇，但是由于高速傳輸?shù)拇當(dāng)_現(xiàn)象使多路WDM系統(tǒng)很難開通，現(xiàn)已不提倡使用G.653光纖。

　　G.655光纖是將G.653光纖的零色散點(diǎn)移至1570nm或1510~1520nm附近，成功地克服了G.652的色散受限和G.653無(wú)法開通WDM的缺點(diǎn)，升級(jí)非常靈活，既可以適用TDM系統(tǒng)也可以適用WDM技術(shù)。但采用該光纖的光纜價(jià)格為常規(guī)光纜的1.5倍。

　　2．5 WDM系統(tǒng)的性能優(yōu)勢(shì)

　　1．傳輸容量大、傳輸速率高

　　在PDH階段，光纖線路的傳送速率多采用34Mbit／s和 140Mbit／s，到了 SDH階段，傳輸速率多采用155Mbit／s、622Mbit／s、2.5Gbit／s以及10Gbit／s。由于在采用TDM方式的SDH傳送10Gbit／s或40Gbit／s速率時(shí)，還需要相關(guān)的調(diào)制技術(shù)和更高級(jí)的激光器，這將使成本極高，用戶難以接受。而采用WDM方式，每個(gè)波長(zhǎng)不僅可以傳輸2.5Gbit／s的SDH信號(hào)，也可以傳送10Gbit／s及40Gbit／s以上的光載波信號(hào)，使得在一個(gè)光纖上傳輸?shù)娜萘勘葐文９饫w大幾倍到幾十倍，

　　2．光纖系統(tǒng)的傳輸距離長(zhǎng)、傳輸設(shè)備簡(jiǎn)單

　　WDM系統(tǒng)采用了石英光纖最低損耗的1550nm窗口，其傳輸損耗更小、 傳輸距離更長(zhǎng)，并且EDFA技術(shù)、外調(diào)制、電吸收等方式使得WDM系統(tǒng)中繼段的允許損耗、色散更大，傳輸距離由幾十公里向幾百公里或更長(zhǎng)距離的延長(zhǎng)。WDM系統(tǒng)采用了光放大器代替了原來(lái)的電再生器，大大減少了SDH中繼器的數(shù)量，節(jié)省了成本，簡(jiǎn)化了設(shè)備。

　　3．網(wǎng)絡(luò)更加智能化

　　未來(lái)光纖網(wǎng)發(fā)展的目標(biāo)之一是實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的傳輸網(wǎng)監(jiān)控并順利地納入TMN。目前的PDH網(wǎng)管幀結(jié)構(gòu)中的管理比特少、網(wǎng)管能力差；SDH雖然在幀結(jié)構(gòu)中增加了豐富的管理、維護(hù)用開銷比特，但由于各廠商的信息模型不同，使得不同廠商的網(wǎng)管系統(tǒng)在接口上不能互通；WDM系統(tǒng)設(shè)置了重要的網(wǎng)管監(jiān)控通路，以傳輸WDM系統(tǒng)的網(wǎng)管信息，其網(wǎng)管更接近TMN模式。

　　4．適合傳輸多媒體綜合業(yè)務(wù)信息

　　由于同一光纖中傳輸?shù)墓廨d波信號(hào)彼此獨(dú)立，可以傳送不同傳輸特性的不同信號(hào)，并且其通道對(duì)于數(shù)據(jù)格式是完全透明的，與信號(hào)的速率和調(diào)制方式無(wú)關(guān)，從而多種格式的業(yè)務(wù)信號(hào)，如語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻等多媒體信息都可以在WDM系統(tǒng)中得到高質(zhì)量的傳送，改善了業(yè)務(wù)質(zhì)量。

　　3 DWDM技術(shù)在城域網(wǎng)中的應(yīng)用

　　目前城域網(wǎng)采用的SDH技術(shù)主要針對(duì)基于電路交換的語(yǔ)音業(yè)務(wù)。但從網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展角度看，在傳統(tǒng)SDH網(wǎng)絡(luò)上通過(guò)增加設(shè)備來(lái)滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，從網(wǎng)絡(luò)效率角度看，存在著效率低、成本高以及利用率低等缺點(diǎn)。DWDM以其特有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)為城域網(wǎng)領(lǐng)域和數(shù)據(jù)通信帶來(lái)極具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的解決方案。

　　3.1 DWDM在城域網(wǎng)與廣域網(wǎng)應(yīng)用上的差別DWDM在廣域網(wǎng)應(yīng)用獲得了巨大的成功，但在架構(gòu)寬帶城域網(wǎng)時(shí)，兩者有著很大的差別。

　　1.器件的要求

　　廣域網(wǎng)的傳輸距離長(zhǎng)達(dá)數(shù)千公里甚至跨洋，中間需要很多放大器等設(shè)備，對(duì)激光器和復(fù)用器件、部件要求很高，系統(tǒng)成本昂貴。而城域網(wǎng)傳輸距離一般在100km以內(nèi)，對(duì)光纖的傳輸衰減值也不太敏感，免除了使用外部調(diào)制解調(diào)器和光放大器的必要以及相應(yīng)的通路均衡需求。運(yùn)營(yíng)商因而可以相對(duì)自由地選用較低規(guī)格的光元器件，從而使整個(gè)系統(tǒng)成本大幅下降。

　　2.支持的業(yè)務(wù)種類、靈活性和網(wǎng)絡(luò)成本方面的要求

　　與廣域網(wǎng)相比，城域網(wǎng)在傳輸容量和距離方面要求較低，但在支持的業(yè)務(wù)種類、靈活性和網(wǎng)絡(luò)成本方面有著更高的要求。從業(yè)務(wù)信道角度看，長(zhǎng)途網(wǎng)主要提供622Mbit/s、2.5Gbit/s及10Gbit/s信道，而城域網(wǎng)卻要求光接口支持SDH、ATM、吉比特以太網(wǎng)等從100Mbit/s到2.5Gbit/s范圍內(nèi)的所有信號(hào)，能承載不同類型的業(yè)務(wù)。DWDM是一種純粹的物理層技術(shù)，它的運(yùn)轉(zhuǎn)完全獨(dú)立于所攜帶信息的類型，能夠提供以波長(zhǎng)為基礎(chǔ)的透明服務(wù)，靈活地傳送任何格式的信號(hào)。

　　3.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與保護(hù)的不同

　　從網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)拓?fù)浜捅Ｗo(hù)角度看，長(zhǎng)途網(wǎng)采用的光纖/業(yè)務(wù)拓?fù)涠酁榫€性結(jié)構(gòu)，業(yè)務(wù)保護(hù)由OXC、DXC或更高層協(xié)議執(zhí)行。相比之下，城域網(wǎng)的拓?fù)涑?a target="_blank">環(huán)形或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，業(yè)務(wù)拓?fù)鋭t為輻射狀結(jié)構(gòu)，傳輸系統(tǒng)本身必須提供保護(hù)，或支持客戶層保護(hù)機(jī)制。這就要求城域DWDM系統(tǒng)具有更為豐富的組網(wǎng)能力，并可組成光通道自愈環(huán)，以提高網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性。

　　4.城域網(wǎng)中對(duì)系統(tǒng)的模塊化水平和分插復(fù)用能力要求更高

　　長(zhǎng)途網(wǎng)的擴(kuò)容主要通過(guò)增加容量，有效利用閑置波長(zhǎng)，以不影響業(yè)務(wù)流量的方式進(jìn)行。然而，在城域網(wǎng)中由于IP業(yè)務(wù)的突發(fā)性和不確定性，要求城域DWDM系統(tǒng)具備在環(huán)路添加新節(jié)點(diǎn)以及在不可預(yù)測(cè)的端點(diǎn)間增加容量的能力。這就對(duì)系統(tǒng)的模塊化水平和分插復(fù)用能力提出了更高的要求。此外，城域網(wǎng)DWDM系統(tǒng)必須能提供在任何網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行任意數(shù)量的波長(zhǎng)分插復(fù)用的能力，以滿足動(dòng)態(tài)調(diào)度業(yè)務(wù)的需求。

　　3.2 DWDM城域網(wǎng)結(jié)構(gòu)

　　DWDM城域網(wǎng)的一種基本結(jié)構(gòu)是DWDM自愈環(huán)結(jié)構(gòu)（見圖3）。

　　從圖3中可以清晰地看到DWDM系統(tǒng)對(duì)不同業(yè)務(wù)的支撐性。按照環(huán)中信號(hào)的傳輸方向，自愈環(huán)分為單向環(huán)和雙向環(huán)兩種；按照環(huán)路保護(hù)機(jī)制，DWDM自愈環(huán)分為１＋１環(huán)路保護(hù)、１:１保護(hù)和１:Ｎ保護(hù)環(huán)路等。此外當(dāng)傳輸ＳＤＨ業(yè)務(wù)時(shí)，還必須協(xié)調(diào)DWDM保護(hù)機(jī)制和ＳＤＨ保護(hù)機(jī)制的重復(fù)和沖突問(wèn)題。

　　在DWDM自愈環(huán)城域網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，OADM（光分插復(fù)用器）是最關(guān)鍵的部件。它的作用是在DWDM環(huán)路中靈活地添加分離波長(zhǎng)。

　　3.3 城域DWDM技術(shù)特點(diǎn)

　　1.業(yè)務(wù)匹配直接、方便

　　傳統(tǒng)的城域網(wǎng)絡(luò)中采用ＴＤＭ技術(shù)，最適于提供2Mbit/s電路以滿足64kbit／s語(yǔ)音業(yè)務(wù)，但該結(jié)構(gòu)不適于統(tǒng)計(jì)復(fù)用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。當(dāng)城域網(wǎng)中采用了DWDM技術(shù)之后，便可用路由器或ATM交換機(jī)將分組或信元直接匹配到波長(zhǎng)，而不必使用SONET或SDH的方法適配DWDM傳輸網(wǎng)絡(luò)。從而，TDM被光層DWDM取代，增加了帶寬利用率，推進(jìn)了組網(wǎng)，降低了成本。

　　2.節(jié)省光纖資源

　　有的大用戶需要的信道帶寬很大，超過(guò)STM-16，采用TDM如STM-64技術(shù)，目前還難以滿足其要求；若采用更高速率的TDM 系統(tǒng)需要對(duì)所有的終端設(shè)備進(jìn)行更新，而DWDM則可以保留現(xiàn)有的終端設(shè)備，消除了使用額外光纖的要求。它還易于和現(xiàn)有的SONET／SDH網(wǎng)絡(luò)或基于異步協(xié)議工作的舊的光終端設(shè)備兼容。

　　3.4 目前城域DWDM技術(shù)存在的主要問(wèn)題

　　目前城域ＤＷＤＭ技術(shù)存在的主要問(wèn)題在于以下幾個(gè)方面：

　?。保O(shè)備成本問(wèn)題

　　盡管城域網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離比較短，但由于城域網(wǎng)中使用了大量的光分插復(fù)用器（OADM），每個(gè)分插復(fù)用器引入了一定的損耗，所以在城域網(wǎng)中往往必須使用光放大器，使費(fèi)用大大增加。如果采用DWDM對(duì)城域網(wǎng)進(jìn)行升級(jí)的價(jià)格比采用TDM和鋪設(shè)新光纖的價(jià)格還高，將會(huì)限制DWDM在城域網(wǎng)中的應(yīng)用?，F(xiàn)在設(shè)備制造商正在努力改進(jìn)設(shè)備，使應(yīng)用在城域網(wǎng)中DWDM設(shè)備的價(jià)格低于長(zhǎng)途DWDM設(shè)備的價(jià)格。

　　2．技術(shù)問(wèn)題

DWDM城域網(wǎng)中需使用大量的OADM，為對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行靈活的控制，OADM應(yīng)是可編程的，可以用軟件進(jìn)行控制。但目前DWDM分插復(fù)用技術(shù)還不是很成熟，也沒有大量商用，特別是對(duì)于波長(zhǎng)數(shù)很多的系統(tǒng)。此外，光交叉連接設(shè)備更是不成熟。

　　3．設(shè)備的兼容性問(wèn)題

　　由于目前DWDM網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)還沒有完全制定，所以多個(gè)廠家設(shè)備之間的互連還存在問(wèn)題。在這種情況下，一個(gè)城域網(wǎng)只能采用一個(gè)廠家的設(shè)備，或者加入相應(yīng)的轉(zhuǎn)換設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)不同廠家設(shè)備之間的互連，但隨著WDM光網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的制定，這些問(wèn)題可以迎刃而解。

　　4．網(wǎng)管技術(shù)不成熟

　　由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制訂的滯后，DWDM網(wǎng)管系統(tǒng)目前存在技術(shù)相對(duì)滯后的問(wèn)題。比如大多數(shù)廠家的DWDM系統(tǒng)雖然都配置了EMS網(wǎng)元管理系統(tǒng)，但網(wǎng)元管理系統(tǒng)的向上接口不統(tǒng)一，有Q3接口、CORBA接口等，管理系統(tǒng)間難以兼容和互通；另外，各廠家的大多數(shù)DWDM系統(tǒng)尚不支持系統(tǒng)誤碼性能監(jiān)測(cè)和連接完整性等重要功能。DWDM網(wǎng)管系統(tǒng)的功能尚待進(jìn)一步加強(qiáng)和完善。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　DWDM在長(zhǎng)途干線網(wǎng)中已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，在城域網(wǎng)中由于設(shè)備的成本還很昂貴，技術(shù)尚不成熟，設(shè)備的兼容性較差等原因暫時(shí)還難于普遍應(yīng)用，但由于DWDM技術(shù)具有擴(kuò)容的經(jīng)濟(jì)性，比特率和協(xié)議的透明性，良好的可擴(kuò)展性等，隨著市場(chǎng)的發(fā)展、新的低成本城域網(wǎng)設(shè)備的開發(fā)利用，DWDM技術(shù)在城域網(wǎng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，DWDM技術(shù)在我局的城域網(wǎng)應(yīng)用中也會(huì)大展風(fēng)采。