CWDM技术在城域网中的应用（一）

2019-11-03 19:16:07

字体：大中小

来源：转载

供稿：网友

山东莱芜钢铁集团动力部周志敏

　　摘要：本文通过对几种城域网构建技术的比较，分析CWDM技术在系统成本、性能及可维护性等方面的优势,其正逐渐成为今后日益增长的城域网市场中的主流技术。探讨了CWDM在城域网建设方面的应用方案。

　　关键词：城域网 CWDM 技术优势网络建设

1.概述

　　城域网原是与局域网和广域网相对应的计算机网络的概念,数据通信和电信技术的发展赋予城域网新的内涵,将城域网的概念延伸到整个通信网络,泛指运营商在城市及其郊区范围内提供多种业务的所有网络。它以宽带光传输为开放平台。各类网关实现话音、数据、图像、多媒体、ip接入合各种增值业务及智能业务,并与各运营商的长途网和公用电话交换网（PSTN）互通的本地宽带综合业务网。城域网与广域网的主要区别在于城域网的业务范围不仅有话音,还有数据和图像,是全业务网络。城域网需要支持各种客户层信号,而且要能很快地提供客户层信号所需的带宽。局域网的地域限制使各行各业形成了一个个信息孤岛,广域网的带宽限制又使信息高速公路上的宽带应用大打折扣,核心问题可归结为带宽与距离的矛盾。而城域网则是解决带宽和增加网络覆盖范围的很好方法,这使得城域网成为未来最具发展潜力的网络系统。

　　简单地说，城域网覆盖大约2公里到150公里的范围，是城市中作为局域网互连的高速网络，通常又分为城域网接入部分及城域网核心部分。各个城市的城域网最终再透过更大范围的广域网络骨干相互衔接，最终形成一个全国或全世界规模的无所不在的网络。

　　目前，SDH和 DWDM (Dense Wave Divisionmultiplexer, 密集波分复用)体制在全世界的电信网上得到了规模应用。无疑，所有刺激光网络发展的原因可以归结到一点：那就是以Internet为立足点的数据业务正在蓬勃发展。出于竞争的需要，中国的各大运营商纷纷建设各自的光网络。为了进一步刺激数据业务增长，解决长途骨干网和接入网之间的“断层现象”，国内各大运营商都提出了各自的城域网实施方案，采用的数据类产品包括路由器、ATM交换机、以太网交换机等。

　　宽带城域网的建设正成为电信建设的热点。由于DWDM技术的巨大带宽和传输数据的透明性,人们自然希望能把DWDM作为城域网中的传输平台。在长途传输中,由于DWDM采用了EDFA（掺铒光纤放大器）将光信号直接放大,节省了大量的电中继设备,从而大大节约了成本。但由于EDFA平坦增益带宽较窄和它本身某些增益特性的限制,人们不得不采用高波长稳定度的激光器和密集波分复用器和解复用器,并且在整个线路上进行光功率均衡；此外,由于电中继传输距离加长,对激光器的色散容限和啁啾特性也提出了很高的要求。这些技术的应用又提高了系统成本。尽管这些高性能的器件和部件价格昂贵,由于广域网传输距离很长,DWDM系统中多个波长通道共用光纤和放大器,仍然可以大幅度降低成本。

　而在城域网由于传输距离短（一般100公里以内）,不需要使用放大器,增加一根光纤成本也不高,如果简单采用和广域网一样的DWDM设备,无疑将得不偿失。解决的方法是采用CWDM（Coarse WDM, 稀疏分复用）技术。

2.城域网建设的技术比较和选择

　　在城域通信网骨干网络的建设中，目前基本上都采用光缆作为传输介质。采用光缆作为传输介质的主要光传输技术有SDH、ATM、WDM、DPT及千兆以太网技术。目前，这五种技术在国内的各个城市的城域通信网骨干网络的建设中都有应用。下面，我们将分析比较上述五种网络技术在城域通信网络建设中的应用特点。

　　从OSI的角度来看，上述五种技术都属于物理层与数据链路层（不一定吻合，但可进行对应，如ATM有自己的分层模型）技术，从本质上讲，SDH与WDM都只是传输系统，应归入物理层。POS技术只是对在SDH帧结构中点到点的VC（虚容器）数据块进行了PPP封装以及扰码处理，属于点到点的传输技术。目前在SDH之上运行IP（IP over SDH）或称为POS（Packet over SDH）是运营商在骨干网的主要技术。但系统相对复杂（包括了PHYSICAL、SECTION、LINE、PATH四个层次），链路开销大（段开销、线开销、通道开销共占整个信道的近5%）等缺点，系统成本比较高，目前主要用于骨干链路。

　　IP over ATM在97年左右非常热门，由经典的IPOA到MPOA再到IP Switch、Cisco的标记交换，最后形成了MPLS。但随着IP的普及以及千兆以太网的推出，ATM必将没落。因为其成本实在是太高昂了，根据ATM的设计，其可直接运行于裸纤之上，但具体实现时，都将其运行在SDH之上，以利用其成熟的硬件实现。而ATM为实现快速、无阻塞的Cell转发所采用的大规模交换网络（包括白切尔混合网络、陷阱网络、蓉树交换网络等）更为昂贵。同时因为“信元税”（9.4%的信元头开销），传输效率更低。

　　DPT（Dynamic Packet Transcation）是Cisco所提出的一种基于光传输网络的子网传输技术，具有简洁而高效率的MAC层，稳定的物理层。兼有以太网的简单与高效和SDH的环网自愈能力，因而目前也有很多的应用。但DPT仍然是Cisco的专利技术，目前只有Cisco支持，所以在成本与大规模部署方面还有很大的障碍，一旦部署，就很难降低总拥有成本。

　　千兆以太网（GE：Gigabit Ethernet）由以太网技术发展而来，具有简单，成熟，可靠，应用范围广，支持厂商多等优点；当然也有诸如QoS难以保障，用户控制能力弱等问题。IP技术、千兆交换和多层交换技术的不断发展，结合光纤传输技术的进步，给城域网络设计的观念上带来了一个全新的变革。采用具有多层交换能力的多功能千兆交换机为骨干，千兆交换机或百兆交换机为主体，以IP协议为信息承载协议，构造一个城域宽带IP光纤网已经成为一种高性能、低成本、极具发展前景的网络建设方案。

　　IP OVER WDM是光层复用技术，每波通道均是透明的光通道。GE OVER WDM的解决方案可以在一对光纤上提供几十个千兆位的通信带宽和快速的网络自愈能力，而且具有以太网的简易性，与其它类似速率的通信技术相比，具有价格低廉的特点。与SDH技术相比，作为城域骨干网技术，IP OVER WDM技术具有更大的价格优势和性能优势，不需要特殊的格式转换，因此网络效率是最高的。主要城域网络技术运行IP 时的主要指标比较见表1。

表1主要城域网络技术运行IP 时的主要指标比较

3.城域网对波分复用(WDM)技术的需求

　　首先是成本需求。众所周知,城域网的用户群相对长途网络较小,如果按照用户数量分摊成本,城域WDM技术占不到任何优势。考虑其它技术来降低用户成本,WDM技术才可能更有发展潜力。城域网的传输距离较短,可以利用减少光纤放大器数目的办法初步降低设备成本。但这还是远远不够的,必须在系统内部找原因,减少关键部位的技术成本。

　　其次是承载业务的灵活性需求。城域网的业务复杂多样,带宽颗粒分布几乎没有严格的规律及可预见性,对传输系统的适应性要求很强。而长途波分系统提供的波长通道一般为2.5G或10G。

　　最后是业务的可靠性及质量保证措施需求。由于城域网中的业务特别是数据业务大都没有QoS保障,需要系统在光层全面考虑。

　　由于城域网范围传输距离通常不超过 l00km, 系统对单模光纤的传输衰减要求不高,也不需要使用光纤放大器。这样这可以使用1200-1700nm的宽窗口,将相邻波长间隔放宽到10或20nm同样可以构成数十路的波分复用系统。这就是稀疏分复用（CWDM）系统。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,可以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,城域网系统对WDM技术的的成本需求是很低的。

　　CWDM（稀疏分复用），顾名思义，是密集波分复用的近亲，它们的区别主要有二点：一是CWDM载波通道间距较宽，因此，同一根光纤上只能复用5到6个左右波长的光波，“稀疏”与“密集”称谓的差别就由此而来；二是CWDM调制激光采用非冷却激光，而DWDM采用的是冷却激光。冷却激光采用温度调谐，非冷却激光采用电子调谐。由于在一个很宽的波长区段内温度分布很不均匀，因此温度调谐实现起来难度很大，成本也很高。CWDM避开了这一难点，因而大幅降低了成本，整个CWDM系统成本只有DWDM的30%。CWDM是通过利用光复用器将在不同光纤中传输的波长结合到一根光纤中传输来实现。在链路的接收端，利用解复用器将分解后的波长分别送到不同的光纤，接到不同的接收机。CWDM的信道间隔为20nm，而DWDM的信道间隔从0.2nm 到1.2nm，所以相对于DWDM，CWDM称为稀疏波分复用技术。

　　CWDM用很低的成本提供了很高的接入带宽，适用于点对点、以太网、SONET环等各种流行的网络结构，特别适合短距离、高带宽、接入点密集的通信应用场合，如大楼内或大楼之间的网络通信。尤其值得一提的是CWDM与PON（无源光网络）的搭配使用。PON是一种廉价的、一点对多点的光纤通信方式，通过与CWDM相结合，每个单独波长信道都可作为PON的虚拟光链路，实现中心节点与多个分布节点的宽带数据传输。

　　目前，有几家公司正推出与CWDM相关的产品。LuxN公司出品的WideWav系列CWDM模块支持8个CWDM信道，或者支持4个CWDM信道加16个DWDM信道。时代华纳公司已与LuxN公司签署长期采购协议，用包含WideWave模块的WavSystem DWDM设备在纽约、俄亥俄等地部署千兆以太网。Ocular公司推出的采用CWDM技术的产品有OSX-6000和OSX-1000两个系列的交换机，其最大特色在于能为高端用户提供专用波长信道服务和SAN服务。

　　但是，CWDM是成本与性能折衷的产物，不可避免地存在一些性能上的局限。业内专家指出，CWDM目前尚存在以下4点不足：

（1）CWDM在单根光纤上支持的复用波长个数较少，导致日后扩容成本较高；

（2）复用器、复用解调器等设备的成本还应进一步降低，这些设备不能只是DMDM相应设备的简单改型；

（3）CWDM还未形成国际标准。

　　DWDM的收发设备要比CWDM系统的同类产品贵四、五倍,DWDM的收发设备价格高与激光器的许多因素相关。CWDM的激光器与DWDM激光器制造上的波长容差是一个非常关键的因素,DWDM激光器的波长容差的典型值为±0.1nm。然而CWDM激光器的波长容差却高达±2－3nm。另外,激光片的成品率低也增加了DWDM激光器的造价。此外,带Peltier冷却设备和热敏电阻的蝶形DWDM激光器要比无冷却的同轴CWDM激光器贵得多。

　　CWDM系统采用的DFB激光器不需要冷却,当CWDM系统工作在0℃到70℃的温度范围内,其激光器的波长一般会有6nm的漂移。这个波长漂移再加上激光器生产过程造成的±3nm波长变化,总共大约有±12nm的变化。这样就要求光滤波器的通带和激光器信道间距必须足够宽。在这些系统中,在信道带宽为13nm的情况下信道间距一般为20nm。当复用的信道数为16或者更少时,在成本、功耗要求和设备尺寸方面,CWDM系统比DWDM系统更有优势。

　　CWDM最大的特点即是对波分复用设备系统要求不高。CWDM无须选择成本昂贵的密集波分解复用器和EDFA,只须采用便宜得多的多通道激光收/发器作为中继,因而成本大大下降。在地理范围不是特别大、数据业务发展不是非常快的城市,具有良好的应用价值。【未完待续】

摘自　赛迪网

上一篇：【原创】基于CORBA/WEB综合网管体系结构的研究

下一篇：CWDM技术在城域网中的应用（二）