Комп'ютерні мережі

DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) - щільне мультиплексування з поділом по довжині хвилі.

Відстань між несучими в DWDM-системах може становити 25 - 200 ГГц, в сучасних мережах найбільш часто використовується сітка каналів з кроком 50 ГГц. Для передачі використовуються спектральні діапазони C (1530..1565 нм), S (1460..1530 нм) і L (1565..1625 нм).

Ємність DWDM-системи розраховується за формулою:

C = M · B, 

де M - число спектральних каналів, B - швидкість передачі в кожному каналі.

Переваги DWDM:

• Висока пропускна здатність;
• Можливість значного розширення ємності, масштабування мережі;
• Передача трафіку широкого спектру рішень, від систем IP до обладнання SDH та інших;
• Поєднана гнучкість управління щодо низькошвидкісними каналами зі швидкісною передачею гігабітних потоків в основних магістралях;
• Надійність і відмовостійкість;
• Можливість передачі великих обсягів даних на дальні відстані.

У грудні 2012 р фахівцями компанії «Т8» була здійснена рекордна передача 1Тбіт/с (10x100G) на відстань 500,4 км. Бюджет 1-канальної лінії склав 84 дБ.

Спектральне ущільнення каналів передачі, або ущільнення за довжинами хвиль (Wavelength Division Multiplexing, WDM) — технологія, яка дає змогу одночасно передавати декілька незалежних інформаційних каналів оптичним волокном, використовуючи оптичні несучі з різними довжинами хвиль. Технологія WDM дає змогу істотно збільшити пропускну здатність оптичного волокна за рахунок використання всієї його оптичної смуги пропускання.

Характерною особливістю і суттєвою перевагою WDM технології є можливість реалізації в одному оптичному волокні багатьох оптично прозорих каналів, в кожному з яких можна вести передачу сигналів з будь-яким форматом. Таким чином, одним оптичним волокном можна одночасно передавати синхронні, асинхронні і аналогові сигнали, і немає потреби в єдиній структурі сигналів, як це є, наприклад, в системах із часовим ущільненням каналів передачі.

 

26.1. Принцип роботи систем із спектральним ущільненням

В системах передачі даних з ущільненням каналів за довжинами хвиль просторово розділені оптичні несучі різних довжин хвиль, які модулюються незалежними інформаційними сигналами, з допомогою спеціальних пристроїв – оптичних мультиплексорів – об’єднуються в один єдиний оптичний потік, який далі подається на оптичне волокно. На приймальній стороні використовується оптичний демультиплексор, який розділяє прийнятий оптичний пучок на спектральні складові, або оптичні канали.

Для об’єднання і розділення спектральних каналів використовуються волоконно-оптичні розгалужувачі - оптичні мультиплексори і демультиплексор. Звичайно можуть використовуватись як селективні, так і неселективні розгалужувачі, тому розрізняють два види спектрального ущільнення – спектрально-селективне і широкосмугове ущільнення, відповідно. Спектрально-селективне ущільнення характеризується малими втратами в порівнянні з широкосмуговим, оскільки вся потужність оптичного сигналу переноситься на своїй довжині хвилі по своєму шляху. В реальних системах із спектрально-селективним ущільненням каналів оптичні канальні втрати визначаються в основному втратами, які проходять на з’єднаннях волокон та в оптичних мультиплексорах і демультиплексорах.

При широкосмуговому ущільненні потужності оптичних сигналів з різними довжинами хвиль просто об’єднуються. Оскільки в цьому випадку використовують неселективний демультиплексор, то вся передана по волокні оптична потужність порівну розділяється між всіма каналами. Після демультиплексування в кожному оптичному каналі міститься деяка частина потужності всіх оптичних сигналів. Для виділення відповідного сигналу на виході демультиплексора використовують оптичні канальні фільтри. Таким чином, у системах із широкосмуговим ущільненням каналів передачі величина оптичних канальних втрат буде додатково залежати від числа каналів.

В сучасних системах передачі даних використовується переважно спектрально-селективне ущільнення, яке характеризується найменшими оптичними втратами. Широкосмугове ущільнення також використовується в деяких системах зв’язку з малим числом каналів, зокрема в системах дуплексного зв’язку.

 

26.2. Види WDM-систем

Історично першими виникли двохволоконні WDM системи, що працюють на центральних довжинах хвиль їх другого і третього вікон прозорості кварцового волокна (1310 і 1550 нм). Головною перевагою таких систем є те, що внаслідок великого спектрального рознесення повністю відсутній вплив каналів один на одного. Цей спосіб дозволяє або подвоїти швидкість передачі поодинці оптичного волокна, або організувати дуплексний зв'язок.

Сучасні WDM системи на основі стандартного частотного плану (ITU-T Rec. G.692) можна підрозділити на три групи:

• грубі WDM (Coarse WDM — CWDM) — системи з шириною каналу не менше 200 ГГц, що дають змогу мультиплексувати не більше 16 каналів.
• щільні WDM (Dense WDM — DWDM) — системи з шириною каналу не меншого 100 ГГц, що дають змогу мультиплексувати не більше 32 каналів.
• високощільні WDM (High Dense WDM — HDWDM) — системи з шириною каналів 50 Ггц і менш, що дають змогу мультиплексувати не менше 64 каналів.

Частотний план для CWDM систем визначається стандартом ITU G.694.2. Галузь застосування технології CWDM — міські мережі з відстанню до 50 км. Перевагою цього виду WDM систем є низька (порівнянню з рештою типів) вартість устаткування, в наслідок менших вимог до компонентів.

Частотний план для DWDM систем визначається стандартом ITU G.694.1. Галузь застосування — магістральні мережі. Цей вид WDM систем ставить вищі вимоги до компонентів, ніж CWDM (ширина спектру джерела випромінювання, температурна стабілізація джерела і т. д.). Поштовх до бурхливого розвитку DWDM мереж дала поява недорогих і ефективних волоконних ербієвих підсилювачів (EDFA), що працюють в проміжку від 1525 до 1565 нм (третє вікно прозорості кварцового волокна).

 

26.3. Мультиплексування з поділом по частоті

Частотний поділ каналів, Мультиплексування з поділом по частоті (Frequency-Division Multiplexing, FDM) — передача даних багатьох каналів (спектри яких не збігаються) через один канал зв'язку.

Поділ каналів здійснюється по частотах. Так як радіоканал має певний спектр, то в сумі всіх передавальних пристроїв і виходить сучасний радіозв'язок. Наприклад: спектр сигналу для мобільного телефону 8 МГц. Якщо мобільний оператор дає абоненту частоту 880 МГц, то наступний абонент може займати частоту 880 +8 = 888 МГц. Таким чином, якщо оператор мобільного зв'язку має ліцензійну частоту 800-900 Мгц, то він здатний забезпечити близько 12 каналів, з частотним розділенням.

Частотний поділ каналів застосовується в технології xDSL. По телефонній мережі передаються сигнали різної частоти: телефонна розмова - 0,3 - 3,4 кГц, а для передачі даних використовується смуга від 28 до 1300 кГц.

Дуже важливо фільтрувати сигнали. Інакше будуть відбуватися накладення сигналів, через що зв'язок може сильно погіршитися.

 

26.4. Мультиплексування з поділом за часом

Мультиплексування з поділом за часом, Часове ущільнення (TDM - Time Division Multiplexing) — мультиплексування в телекомунікації, при якому за кожним цифровим потоком резервується часовий інтервал для передачі даних, званий таймслотом.

У своїй первинній формі TDM застосовується для комунікаційних схем, що використовують постійне число каналів і постійну пропускну спроможність в кожному з каналів.

Головна відмінність мультиплексування з поділом у часі від статистичного мультиплексування, такого як пакетне мультиплексування, це те, що таймслоти в ньому слідують в заданому порядку, періодично повторюючись, на відміну від пакетної обробки (по мірі надходження пакетів). Статистичне мультиплексування схоже, але не повинно розглядатися як мультиплексування з поділом за часом.

В мережах з комутованими каналами зв'язку, таких як, наприклад, міські громадські телефонні мережі, існує необхідність передавати одночасно безліч дзвінків різних абонентів в одному середовищі передачі. Для реалізації цього завдання можна використовувати TDM. Стандартний голосовий сигнал (DS0) використовує 64 кбіт/с. TDM бере фрейми голосового сигналу і мультиплексирує їх в TDM-фрейми, які передаються з більшою пропускною здатністю. Таким чином, якщо TDM-фрейм містить n голосових фреймів, то пропускна здатність буде n * 64 Кбіт/с.

Кожен голосовий таймслот в TDM-фреймі називається каналом. У європейських системах TDM-фрейм складається з 30-и цифрових голосових каналів, в Американському стандарті їх 22 (дивися E1 і T1). Обидва ці стандарти включають в себе бітові таймслоти для сигналізації (див.: SS7 — рос. ОКС-7) і синхронізаційні біти.

Мультиплексування більш ніж 30-ти і 22-х цифрових голосових каналів називається мультиплексуванням вищого порядку, який може бути досягнутий за допомогою мультиплексування стандартних TDM-фреймів. Наприклад, європейський 120-канальний TDM-фрейм формується за допомогою мультиплексування чотирьох 30-канальних TDM-фреймів. При кожному мультиплексуванню більш високого порядку комбінуються 4 фрейма попереднього порядку, створених мультиплексуванням n × 64 кбіт/с, де n = 120, 480, 1920 і т.д.