CWDM技术在城域网中的应用（二）

2019-11-03 19:16:07

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供稿：网友

山东莱芜钢铁集团动力部周志敏

4.CWDM技术优势

4.1低成本

　　在同一根光纤中传输的不同波长之间的间距是区分DWDM和CWDM的主要参数。DWDM系统的波长间距一般为200GHz(1.6nm),100GHz(0.8nm)或50GHz(0.4nm),将来的系统中可能会有更窄的间距。在DWDM系统中,采用DFB（分布反馈）激光器作为光源,后者的温度漂移系数为0.08nm/℃,它需要采用冷却技术来稳定波长,以防止由于温度变化波长漂移到复用器和解复用器的滤波器通带之外。

　　CWDM技术充分利用了城域网传输距离短的特点,不必受 EDFA放大波段的限制,而是可以在 1310-1560 nm的整个光纤传输窗口上,比DWDM系统宽得多的波长间隔进行波分复用。由于波长间隔宽、传输距离短,CWDM无须选择价格昂贵的高波长稳定度和高色散容限的激光器,这可以大幅度降低激光器成本。此外,CWDM无须选择成本昂贵的密集波分解复用器和复用器,只须选择廉价的稀疏分复用器和解复用器；无须采用比较复杂的控制技术以维护较高的系统要求；无须采用 EDFA,只须采用便宜得多的多通道激光收/发器作为中继。由于器件成本和系统要求的降低,使得 CWDM系统的造价比DWDM系统有大幅下降。

　　在CWDM系统中,相邻波长通道的间隔放宽到20nm,这就有可能将各个部件的容错范围放大,可以使用廉价的复用器、解复用器、插/分设备和交换机。例如,DWDM解复用的薄膜滤波器0.4nm、0.8nm的由于生产工艺复杂成品率低,价格昂贵。而20nm的滤波器生产工艺简单、成品率高,价格要便宜得多。

　　在复用器和解复用器方面,DWDM和CWDM的造价差别主要是由于CWDM的滤波器包含的层数少,故CWDM滤波器的成本比DWDM滤波器的成本低。DWDM系统中使用的100GHz滤波器一般大约有150层,而CWDM系统的20nm滤波器大约有50层。CWDM滤波器的成本比DWDM滤波器的成本要少50%,预计在未来的2到3年内,自动化生产的成本可望再降1/3。此外,新的滤波器和复用器/解复用器技术的采用有望进一步缩减成本。

　　CWDM最初的设计便定位于低成本的波分复用技术，因此CWDM的成本优势是这项技术的最大亮点。目前在成本方面和DWDM具有可比性的主要有两种方案：重新铺设光纤和城域网DWDM。

　　4.1.1与重铺光纤比较重铺光纤这种方案其实是最终的解决方案，但从铺设光纤方面来看，由于涉及挖地沟，架空，埋管道等，给城市建设带来麻烦，且铺设光纤的工期很长，往往需要几个月的时间，其间还需要大量的人力资源，因此虽然目前的光纤价格已经降得很低，但如果不是大规模的城域网建设，成本会特别高。从另一方面分析，大客户接入大多情况都希望能快速开通，重铺光纤的时间是肯定不能接受的。因此，无论是从工程的合理性来讲还是从成本来说，能够充分利用现有的资源的CWDM无疑是最好选择。

　　4.1.2与DWDM比较 CWDM比较波分复用同类产品DWDM，在同样解决城域网传输问题的前提下，CWDM具有更加明显的价格优势，平均每个波的价格是DWDM单波价格的1/5～1/7。在城域网中，波分复用不必受EDFA放大波段的限制，可在比DWDM系统宽得多的波长间隔进行波分复用。CWDM无须选择价格昂贵的高波长稳定度和高色散容限的激光器，大幅度降低激光器成本；无须选择成本昂贵的密集波分解复用器和复用器，只用选择廉价的稀疏分复用器和解复用器；无须采用比较复杂的控制技术以维护较高的系统要求；无须采用EDFA，只须采用便宜得多的多通道激光收/发器作为中继。由于器件成本和系统要求的降低，使得CWDM系统的造价比DWDM系统大幅下降。

　　而在整体成本造价大幅度降低的同时，CWDM系统也能和DWDM一样支持多业务接口，例如可以提供SDH 接口，实现ip/Ethernet over SDH，ATM over SDH；可以为路由器和ATM交换机提供光纤直连接口,实现IP/Ethernet over OPTICA和ATM over OPTICA等等。并且，CWDM系统具有OADM功能,可以和使用标准波长的DWDM系统互连、成环，或接入DWDM骨干层。此外，CWDM可以兼容在城域网中已得到广泛应用的1310nm的老的SDH系统，而目前的DWDM还做不到这点。CWDM技术还具有应用于长途传输的潜在能力,一旦宽带的 LAMAN（拉曼）光放大器进入商用, CWDM技术就有可能进入长途传输市场。

4.2功耗低

　　光传输系统的运营成本取决于系统的维护和系统消耗的功率。在此方面CWDM系统的功耗要比DWDM系统的功耗要低得多。例如，DWDM激光器采用的冷却器及其控制电路每波长要消耗大约4W的功率。而没有冷却器的CWDM激光器仅消耗0.5W的功率。四波CWDM光传输系统大约消耗10－15W的功率,然而类似的DWDM系统却要消耗高达30W的功率。在DWDM系统中,随着复用的波长总数的增加以及单信道传输速率的增加,功率损耗及其温度管理变成了电路板设计的关键问题。

4.3体积小

　　CWDM激光器要比DWDM激光器小得多, 由于CWDM采用的为不带冷却器的激光器，一般是由激光片和密封在带有玻璃窗口的金属容器中的监控光电二极管构成的。DWDM激光发射机的尺寸大约是CWDM激光发射机体积的五倍,也就是说,如果DWDM激光发射机的体积为100cm2,那么没有冷却器的CWDM激光器体积仅仅为20cm2。

4.4CWDM的安全性与可靠性

　　公务网是政府等相关部门的专网，是实现电子公务的基础工程，所以对网络的安全性和可靠性要求比较高，在物理上要求与外网完全隔离，同时在网络的管理与维护上要采取一些专门的策略。采用基于WDM的光网络技术，在网络的安全性方面可以增加电层网络技术无法达到的功能。

　　首先在城域网中仅依靠路由器、交换机实现保护恢复功能，当网络线路发生故障或者某个节点设备出现故障时，完全通过路由器、交换机实现网络保护需要花费几分钟到数小时，如果出现光纤光缆链路断裂等严重故障，时间会更长。这种事故对公务网而言，是十分严重的，必须加以避免。采用WDM光层网络设备后，通过光层自愈保护机制，网络设备或光纤线路出现故障时，光层自愈保护时间只需要20毫秒就可以完成，终端用户甚至感觉不到出现业务切换。因此，加入光层保护功能，将大大增强网络的安全性，这对公务网这样对网络安全级别要求很高、网上业务十分重要的应用对象来说，无疑是十分重要的。

　　其次WDM光网络设备能够以多个波长的方式提供多条工作通道，并且各个通道虽然在同一根光纤中传输，但彼此物理上是隔绝的，这样可以同时接入外网和公务网的电层设备，不但具有经济性提高了设备的利用效率，而且保证了公务网要求的高安全性，高可靠性。这种技术方案也获得国家安全部门的鉴定和认可。CWDM的安全性主要由以下几方面得到保证：

4.4.1CWDM的独立性很强，不同波长的光波之间相互干扰小。

4.4.2由于多波长利用单光纤传输，业务信号不易被截获。

　　CWDM的可靠性主要以业务的保护来实现，目前的保护主要分为两种，即点对点的保护和成环的保护，点对点的保护主要采用的方式是以光纤来保护光纤，即1+1的保护，而环路保护则多采用自动保护倒换的方式来实现。按保护的机理来分可以分为复用保护和通道保护，原理类似于DWDM。烽火网络CWDM产品支持目前市场上的主流保护方式。

4.5网络的灵活性和可扩展性

　　公务网将会是一个不断增长的网络，包括它的规模，它的应用范围和服务内容将随着上网机关和服务对象的不断普及而不断增加，因此在网络设计上必须非常重视网络的扩展能力。网络的扩展包括：一、网络规模的扩展，包括网络的地理分布，用户数；应用内容的扩展，IP主干网络将不仅仅担负数据传输的任务，包括VOD等其它视频和语音服务也会不断加入到IP网络中去。要求主干网络设备必须具有多种业务支持的能力。二、网络容量的扩展，随着规模和应用的扩展网络的传输容量也必须能相应的增加。

　　采用WDM光网络设备后，其模块化的系统在可伸缩性上亦有着固定式系统无法比拟的优越性。整个系统的性能将随着模块数量的增加而得到相应的增加，因此也就更能适应不同规模网络对设备的要求。模块化的网络设备在多种技术的适应能力上具有相当大的灵活性。网络系统具有统一的系统平台，具有平滑升级的能力，使系统能满足各种用户对应用处理不同程度的需求，以及逐步升级的发展规划，以节约投资避免系统性能的闲置和浪费。

　　如今,厂家已经能够提供具有2到8个波长的商用CWDM系统,将来这些系统有望在1290nm到1610nm的频谱内扩展到16个复用波长。目前,大多数CWDM系统工作在从1470nm到1610nm的范围内,其信道间距为20nm。此外在1310nm窗口附近也在开发之中。由于到目前为止,已经安装的大部分光纤中有残留水分,使得其在1400nm波长附近的光信号衰减。这个附加损耗会限制系统在长途传输中的使用,但是对于城域网使用的CWDM系统而言,这并不是一个障碍。

　　与传统的TDM方式相比CWDM更适应高速数据业务的发展。比如说，可以通过将分组和信元直接映射进一个波长的方式，将路由器和交换机直接与CWDM传送网相连，而不需要经过SONET／SDH TDM复用器。并且CWDM系统提供的灵活性是TDM系统所无法比拟的。

　　在许多的情况下，城域通信网络的建设都面临着光纤资源的紧张或光纤租赁价格的昂贵。采用CWDM的波分复用功能和环网自愈功能比点对点的升级有着更多的好处。比如可以为未来准备一些“虚”环和“虚”光纤。它可以根据新业务和新应用的引进而不断地扩展。

　　CWDM的协议透明性可以使业务提供者支持本地的企业数据，比如：以太网数据、ATM、IP over SDH等，用不同的波长来支持不同类型的数据。光层提供了独立于业务类型的传送结构。同时，CWDM提供了在一根光纤上提供不同速率的数据通道。这一点在城域环境中非常重要。因为城域网中有许多不同的业务和不同的速率。CWDM的透明性和分插复用功能可以允许使用者直接上下某一个波长，而不用转换原始信号的格式。当然，相应接入设备的光接口还是需要的。

　　在城域网中应用CWDM系统可以使光层恢复成为可能。光层恢复比电层恢复要经济得多。考虑到光层恢复是独立于业务和速率的，那么原来一些自身体制无保护功能的体系（例如：千兆网络技术），则可以利用CWDM来进行保护。

5.CWDM环网结构分析

　　CWDM系统以其低成本、大容量、易开通、应用灵活、业务透明性和易扩展性成为一种经济实用的短距离WDM传输系统。目前，CWDM在城域网应用中越来越受到大家的认可并已经实用化。CWDM作为一种新兴的传输网，为城域接入网与核心网的连接提供了全新的解决方案。利用稀疏分复用技术在城域网现有的网络基础上提高通信容量(波长带宽×N)、扩展带宽，能够有效解决光纤的资源问题。因此，目前在行业范围内CWDM得到了广泛认可。CWDM可应用于大都市的城域接入网，同时还可以应用于中小城市的城域核心网，且后者在我国的实际应用中应该非常有前途。当其应用于中小城市的城域核心网时，组网方式大多采用环形网且均采用双纤双向环。而稀疏分复用(CWDM) 技术在系统成本、性能及可维护性等方面具有优势，正逐渐成为今后日益增长的城域网市场的主流技术。如下从一个典型的CWDM系统出发，就CWDM系统环网的最佳保护方式和在城域核心网中专用通道保护方式中的最大节点数进行分析和探讨。

　　在CWDM系统一般不采用光放，当系统的最高速率为2.5Gbps 时，系统最大功率预算为20几个dB，最大传输距离为50km左右。当然限制系统的最大传输距离的参数还有色散、光纤的衰减系数等，但功率预算是系统最大传输距离的主要因数(尤其是在系统选好激光器类型后)。系统最大功率预算同时也限制了每一个波长通道所能通过的最大节点数和最大传输距离。若一个CWDM系统中的OADM节点中每个波长上下路和直通状态的典型插损为2dB，节点间的传输距离典型为20公里，每公里光纤的插损为0.3dB 则传输损耗为6dB，当系统最大功率预算为22dB时，系统很难支持更长的传输距离。

　　WDM系统的光层保护方式有复用端保护(OMS)和通道保护(OCh)两种，通道保护又可根据系统对保护通道的利用方式分为专有保护和共享保护两种。

　　在采用复用段保护的CWDM系统中，当发生保护倒换时系统中最大光波长通道距离可能大于或等于环长。此时该波长通道的光功率预算很难满足要求，更不用考虑如系统所用激光器所能支持的最大色散距离等其他因数的影响。因此在CWDM系统中采用OMS保护方式显然是行不通的。而对光通道保护方式而言，系统中的最大波长通道距离肯定小于环的总长度，若采用近端业务配置方式能使得最大波长通道距离约环长的一半。

　　就Och保护方式本身而言可分为两种：专用保护方式和共享保护方式，专用保护方式和共享保护方式除了星型业务所需波长数差不多外，在环形业务和均匀型业务两种情况下专用保护方式对波长的利用率均比共享保护方式差，且随环网节点数的增加专用保护方式的波长利用率越低。但是共享保护方式对波长利用率的提高是以系统成本的增加和系统的复杂性增加(共享保护方式需要复杂的协议)为代价的，尤其是在当前光开关等关键光器件的价格较高的情况下系统成本的增加尤为突出。另外系统成本的增加会削弱CWDM本身所具有的成本优势。因此共享的通道保护方式也不适用于CWDM环网系统。相对共享通道保护方式而言，专用通道保护系统具有成本低、系统结构简单、保护时间短等优势，因此对于城域CWDM环网系统而言专用通道保护方式的确是一个非常好的选择。

　　目前的CWDM系统大多只提供S+C+L波段的8个波长。当系统应用于中小城市的城域核心网时，系统所能支持的最大节点数就会受到限制。若城域核心网中的节点数为4个，完全的均匀性业务所需的波长数为6，此时环中只有两个波长剩余，当然这两个波长还可以用作从干线网的业务接入。当节点数为5，完全的均匀性业务情况下城域核心环网所需的波长数为10，这已超出目前大多数系统所提供的波长数，考虑到整个CWDM系统的波长数可以扩展到16(以20nm为间隔)城域核心网的最大节点数可以为5。

　　上海贝尔阿尔卡特公司推出的CWDM系统中所采用的保护方式正是专用通道保护，系统目前支持的波长数为8，将来可升级为16波系统，有助于建设一个实用、经济、可靠的CWDM系统。【未完待续】

摘自　赛迪网

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