DWDM在城域网中的应用与发展(二)

山东莱芜钢铁集团动力部 周志敏

3.DWDM技术解析

　　WDM是将光纤的可用波段分成若干个小信道，每个信道对应一个波长，使单波长传输变成多波长同时传输，从而大大增加光纤的传输容量。例如，如果每个波长的传输速率为2.5Gb/s，在一根光纤中同时使用4个波长，则光纤总的传输容量可达2.5×4=10Gb/s。

　　WDM技术过去主要在光纤的C波段（1530～1565nm）使用。最新的技术已将石英光纤在1.3～1.6μm的两个低损耗窗口打通并连成一个区域，未来的WDM可在1.3～1.6μm的全波段窗口中使用，每根光纤的复用光波长数可达几千，传输容量可高达数十个太比特。因此，完全可以认为WDM技术将为光传输网的发展提供几乎取之不尽的资源。

3.1 WDM的关键技术

　　WDM技术在光传输网中的典型系统是由光合波器（光复用器）、光放大器和可以提取独立光波长的光分波器（光解复用器）组成。发射端的光发射机发出光波长不同且精度和稳定度能满足一定要求的光信号，经过光合波器、掺铒光纤放大器，送入光纤中传输（光纤线路中可根据需要设置光线路放大器）。到达接收端后，经光纤前置放大器放大，通过光分波器恢复成原来的各路光信号。

　　分/合波器是一种光学滤波器，其作用是对各路光波长信号进行复用与解复用。对分/合波器的基本要求是：插入损耗低、隔离度高、良好的带通特性、温度稳定性好、复用波长数多、较高的分辨率等。

　　光放大器的作用是对复用后的光信号进行直接光放大，以解决WDM系统的长距离传输问题。由于分/合波器的插入损耗较大，因此WDM系统的传输距离较短，一般仅为三四十公里，很难满足实际通信的需要。使用光放大器后，可实现600km以上的无电中继传输。对光放大器的基本要求是：增益高、宽带、噪声系数小等。

　　WDM系统的超长距离传输对光源提出了非常苛刻的要求。光源必须具有十分狭窄的谱宽和非常稳定的发射波长。

　　光纤通信系统的传输距离受到系统损耗和色散的限制。在高速率传输情况下，色散占主要地位。光放大器的使用只是解决了损耗受限的问题，而色散问题则需要选择谱宽极窄的半导体激光器来解决。实践证明，采用传统的直接调制方式会使半导体激光器在高速率时产生啁啾，限制了系统的传输距离。为此WDM系统使用的光源必须放弃传统的直接调制方式，采用外调制方法，即所谓外调制型光源。

3.2 WDM的技术优点

　　WDM技术之所以在近几年得到迅猛发展是因为它具有下述优点：

3.2.1传输容量大，可节约宝贵的光纤资源。对单波长光纤系统而言，收发一个信号需要使用一对光纤，而对于WDM系统，不管有多少个信号，整个复用系统只需要一对光纤。例如对于16个2.5Gb/s系统来说，单波长光纤系统需要32根光纤，而WDM系统仅需要2根光纤。

3.2.2对各类业务信号“透明”，可以传输不同类型的信号，如数字信号、模拟信号等，并能对其进行合成和分解。

3.2.3网络扩容时不需要敷设更多的光纤，也不需要使用高速的网络部件，只需要换端机和增加一个附加光波长就可以引入任意新业务或扩充容量，因此WDM技术是理想的扩容手段。

3.2.4组建动态可重构的光网络，在网络节点使用光分插复用器（OADM）或者使用光交叉连接设备（OXC），可以组成具有高度灵活性、高可靠性、高生存性的全光网络。

3.3.3 WDM技术目前存在的问题

以WDM技术为基础的具有分插复用功能和交叉连接功能的光传输网具有易于重构、良好的扩展性等巨大优势，已成为未来高速传输网的发展方向，但在真正实现之前，还必须解决下列问题。

3.3.1 网络管理；目前，WDM系统的网络管理，特别是具有复杂的上/下通路需求的WDM网络管理仍处于不成熟期。如果WDM系统不能进行有效的网络管理，将很难在网络中大规模采用。例如在故障管理方面，由于WDM系统可以在光通道上支持不同类型的业务信号，一旦WDM系统发生故障，操作系统应能及时发现故障，并找出故障原因。但到目前为止，相关的运行维护软件仍不成熟；在性能管理方面，WDM系统使用模拟方式复用及放大光信号，因此常用的比特误码率并不适用于衡量WDM的业务质量，必须寻找一个新的参数来准确衡量网络向用户提供的服务质量等。如果这些问题不及时解决，将阻碍WDM系统的发展。

3.3.2 互连互通；由于WDM是一项新生的技术，其行业标准制定较粗，因此不同商家的WDM产品互通性较差，特别是在上层的网络管理方面。为了保证WDM系统在网络中大规模实施，需保证WDM系统间的互操作性以及WDM系统与传统系统间互连、互通，因此应加强光接口设备的研究。

3.3.3 光器件；一些重要光器件的不成熟将直接限制未来光传输网的发展，如可调谐激光器等。对于一些大的运营公司来说，在网络中处理几个不同的激光器就已经非常棘手了，更不用说几十路光信号了。通常光网络中需要采用4～6个能在整个网络中进行调谐的激光器，但目前这种可调谐激光器还无法进入商用。

4. WDM结构

　　WDM常被分为以下三种：LongHaul-DWDM 、Metro-DWDM和CWDM，之所以这么分除了网络层次上的原因外，很大程度上也有设备技术上的因素。

4.1 Metro DWDM

　　Metro-DWDM与 LongHaul-DWDM相比，城域之间的相对短距离可以在设备的光收发器上节省部分投资，甚至无须增加REG就做到一个环网的连接。同时，由于波分层面的投资将主要由光器件的价格所决定，所以波道的数目并不多，甚至可能不一定使用L波段，可减少OTU的数量，这无疑又是一个投资的降低点。

　　Metro-DWDM 是业界普遍看好的城域核心网的建设方式，不仅具有大容量和可扩展性，同时由于对业务完全透明，这将有利于将来向AON的演进。

　　目前城域网市场正处于一个飞速发展的初期，各种新技术和解决方案层出不穷。在众多方案中，IP over MetroDWDM脱颍而出，主要有以下原因：

　　①Metro DWDM投资低；Metro DWDM采用光分插复用器（OADM）代替传统的OTM-to-OTM，除了在业务的两端外，其余节点不需要O-E-O转换，节省了昂贵的电中继；通过多个OADM级联实现扩容，网络建设初期仅需要少量的光器件，降低了首期投资，也降低了投资风险。对于大颗粒业务（如GE等），Metro DWDM是一种非常经济的传输方案。

　　②业务传输具有透明性；和其它传输方案相比，透明传输各种业务是DWDM的先天优势。和IP over ATM等形式相比，IP over DWDM节省了中间层，设备趋于扁平化，管理更容易。

　　③提供快速可靠的光层保护倒换；Metro DWDM提供快速可靠的光层保护倒换，发生断纤事故时，可以在50ms以内将业务倒换到保护路径上去。

　　④比光纤直连提供高得多的容量；城域环境有丰富的光纤，不少人认为没有建立DWDM的必要，其实这是一种误解。首先，裸光纤数目是有限的，总有枯竭的时候；其次，采用裸光纤，接入业务的管理和维护非常困难，随业务增加，管理和维护费用会快速增加；再次，如同没有经过精加工的农产品一样，裸光纤出租的利润有限；最后也是最重要的是，当环网周长较长（如15km以上），采用光纤直连的综合成本接近甚至比Metro DWDM还高，随着业务增加，其成本将远远超过Metro DWDM。

　　Metro DWDM下一步的发展可能会把传输节点与各种业务节点融合，如将ATM交换机、IP边缘路由器、数字环路载波系统、分插复用器（ADM）、数字交叉连接器（DXC）节点、波分复用（WDM）设备乃至最终将光分插复用器/光交叉连接器（OADM/OXC）光传送节点结合在一个物理实体，统一控制和管理，减少了大量独立的业务节点和传送节点设备。

　　做为一个传输功能模块，其发展依然集中在OXC和OADM上，增强功能、降低成本仍将是主要任务。目前的OADM采用薄膜滤波器，通过级联滤波器实现更多波长的上下；近年来发展起来的阵列波导光栅（AWG）技术可以将分波器、合波器、光开关矩阵和可调衰减器（VOA）全部功能在一个小小的硅片上实现，象集成电路一样大规模生产，不仅加工成本比薄膜滤波技术更低，而且可以通过软件灵活选择波长的上下和穿通，通过软件控制扩容，不需要增加任何光器件。

4.2稀疏波分复用CWDM

　　DWDM（密集波分复用）无疑是当今光纤应用领域的首选技术，但其昂贵的价格影响其推广应用，而CWDM（稀疏波分复用）在此需求下应运而生。稀疏波分复用，顾名思义，是密集波分复用的近亲，它们的区别主要有二点：

　　①CWDM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；

　　②CWDM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%。

　　在光纤中传输两个不同波长之间的间距是区分DWDM和CWDM的主要参数(不是一些厂家宣传的波长数量)。DWDM系统的波长间隔一般为100GHz(0.8nm)或50GHz(0.4nm)，将来的系统中可能会有更窄的间距(但这样会影响光孤子的使用，因此尚不确定)。过去的DWDM受EDFA放大波段的影响，不仅需要在全线路段进行增益均衡，同时由于采用DFB激光器作为光源，温度漂移系数为0.08nm/℃，因此需要采用冷却技术来稳定波长，以避免因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。而如果城域间距离偏短，不使用EDFA进行组网，CWDM就可以将相邻波长间隔放宽到10nm或20nm，将波长范围扩展到整个传输窗口：从1200nm-1700nm。而且带来一系列的技术简化-从激光器(对温度已不再敏感，因为信道带宽能够保证漂移后的波长不受影响)、分波合波器、OADM直到OXC，为运营商带来大量的投资盈余。

　　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。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。

　　虽然CWDM在城域网使用具有一定的优势，但需要澄清的是，对CWDM的实际需求在近期仍将取决于以下因素：

①网络容量的可持续发展性；

②宽带业务的需求性；

③光电子技术的发展；

④商用的普及性和用户投资的限制。

　　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：

①CWDM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；

③CWDM还未形成标准。【未完待续】

摘自　赛迪网