Технология WDM — это мультиплексирование с разделением по длине волны. Технология подразумевает одновременную передачу по одному оптическому волокну нескольких каналов данных, при этом несущие частоты — разные. Совместно со специалистами компании LANart (https://lan-art.ru/) мы подготовили материал, который поможет разобраться в теме.
WDM обеспечивает высокую пропускную способность канала. Применять технологию можно в уже существующих волоконно-оптических линиях связи.
Как работает спектральное уплотнение WDM?
WDM появилась в 80-х гг. прошлого столетия. Изначальное предназначение — использование в магистральных линиях связи. Спустя десятилетие системы WDM уже применяли в городских и региональных сетях. Несмотря на активное повседневное внедрение технологии, специалисты сходятся во мнении, что WDM всё еще находится на стадии развития.
Одни из первых вариантов WDM были двухволновыми. Длина волн составляла 1310 и 1550 нанометров (далее — нм).
Спектральный разнос исключает воздействие каналов друг на друга — это большой плюс всей системы. Технология позволяет ускорять передачу данных или формировать дуплексную связь.
Принцип работы технологии несложный. Модуль, настроенный на прием и передачу, генерирует сигнал на отдельной частоте. Сигнал с разных модулей объединяется с помощью мультиплексора и следует в оптоволокно. Чтобы на обратной стороне линии разделить сигналы, используется демультиплексор.
Мультиплексоры — полностью пассивные приборы, соответственно, передаваемые данные и протоколы не влияют на них.
Если речь идет о больших длинах волн (до 240 нм), то система функционирует без применения фильтров.
В городах сети редко модернизируются, а трафик ежегодно увеличивается. Волокна истощаются. Добавляя технологию спектрального уплотнения в систему, специалисты решают проблему — это экономически выгодно, а технически внедрить очень просто.
Классификация WDM
Все типы спектрального уплотнения имеют одинаковый принцип действия. Они отличаются интервалами между длинами волн, количеством каналов и способностью их усиливать. Тип CWDM характеризуется более крупными интервалами, поэтому мультиплексор несложный и менее дорогой.
Современные системы WDM классифицируют на несколько групп:
- CWDM — глубокое спектральное уплотнение. Разнос частот равен 2500 ГГц — более 20 нм. Доступно мультиплексирование не более 18 каналов. Разработчики хотели использовать технологию в магистральных сетях, но она оказалась несовместимой с оптическими усилителями. На сегодняшний день CWDM применяют Ethernet-провайдеры.
- DWDM — плотное спектральное уплотнение. Разнос частот составляет 100 ГГц — примерно 0,8 нм, — поэтому можно проводить мультиплексирование до 40 каналов, по другой информации до 32 каналов. Хотя структура DWDM схожа с CWDM, она гораздо дороже. Для линий в масштабе города использование такой технологии выльется в большие финансовые траты. Наблюдается и некоторая требовательность к компонентам: для стабильной работы необходимо следить за температурой и шириной спектра источника излучения и т.п.
- HDWDM — более плотное спектральное уплотнение. Разнос частот равен 50 ГГц. Можно осуществлять мультиплексирование максимального количества каналов, в сравнении с двумя предыдущими типами — до 64 каналов. Зачастую этот тип не выделяют в отдельную группу, а относят к DWDM.
Использование WDM на протяженных участках
Одно из главных достоинств технологии WDM — возможность увеличить емкость уже проложенного оптического волокна. Проводить дополнительное оптоволокно не требуется.
Еще один плюс — использование оптических усилителей. Отпадает необходимость применения электрической регенерации, без которой не обойтись на протяженных линиях.
До изобретения и внедрения системы WDM передача данных одного сигнала осуществлялась по оптоволокну, и периодически, примерно каждые 60-100 км, проводилась регенерация сигнала. При введении дополнительных оптических волокон требовались денежные средства как на покупку регенераторов, так и на их установку и обслуживание.
Технология WDM позволила оптимизировать стоимость протяженных сетей. Один оптический усилитель обеспечивает регенерацию всех каналов оптоволокна в системе WDM, а цена соразмерна со стоимостью регенератора. Однако функция усилителя заключается лишь в нарастании сигналов. Электрическая регенерация все равно требуется, но в меньшем количестве — например, через каждые 1000 км. Один оптический усилитель заменяет более 40 регенераторов.
Чтобы ввести дополнительные каналы в систему, достаточно установить транспордеры на концах WDM.
Модули OADM (CWDM)
OADM-модули называют мультиплексорами ввода/вывода. Их предназначение — формирование промежуточных узлов в рамках сети. По сути, это «проходной» мультиплексор с несколькими фильтрами внутри технологии CWDM.
Модули устанавливают в разрыв оптической линии. Происходит отбор нескольких каналов из общего потока и пропускание других волн в канал. Аналогично мультиплексорам OADM-устройства пассивные.
OADM-модули могут иметь разные конфигурации: разнонаправленные, многоканальные и т.п. Разница с мультиплексорами — наличие как минимум двух линейных портов. Сложные варианты модулей могут функционировать на два направления, т.е. выводить одни каналы из сети и вводить другие каналы с другой стороны.
В физическом исполнении модули OADM — это маленькая пластиковая коробка. Однако она удобна не во всех случаях, поэтому провайдеры могут проектировать и изготавливать OADM-устройства любого формата.
Оптические циркуляторы
Один из вариантов уплотнения оптических линий связан с оптическими циркуляторами. Эффективным считается применение циркуляторов в сетях, где пропускная способность равна 10 Гбит/с.
В основе действия оптических циркуляторов лежит эффект Фарадея, известного еще с 1845 года. В практике используют Фарадеевские вращатели, с помощью которых происходит поворот плоскости поляризации на 45 градусов.
Оптический циркулятор — это трехпортовый прибор. Все порты изолированные и однонаправленные — они разделяют встречные лучи света и распределяют их по портам: сигнал с первого порта передается во второй, со второго в третий. Эффект поляризации совместно с разделением встречных лучей гарантирует изолированность и минимальные потери в оптической линии.
Обычно используют два оптических циркулятора: первый с одной стороны линии, второй — с другой.
Фильтры CWDM, DWDM, CATV
CWDM фильтр устанавливают непосредственно перед приемником. Существует множество других названий устройства: Three-Port Filter, FWDM фильтр и т.д.
Фильтр в физическом исполнении — это трубка из стекла или металла длиной 5 см, к ней крепится три оптических пигейла. Металлический вариант фильтров — уже готовые приборы для применения, а стеклянные становятся важной деталью для формирования CWDM мультиплексоров. CWDM фильтр может и вводить сигнал в оптоволокно, и выводить его.
Фильтр DWDM используют для ввода и вывода сигнала в соответствующей системе — DWDM.
Фильтры CWDM применяют и при вводе и выводе оптического сигнала аналогового телевидения — CATV. Зачастую подходит обычный вариант фильтра на длину волны 1550 нм. CWDM фильтр объединяет сигнал аналогового ТВ и дуплексный WDM канал передачи данных.
CWDM системы позволяют наращивать емкость и повышать эффективность оптоволокна. Их можно интегрировать в другие системы. Этим обусловлена распространенность технологии во многих сетях.