Технология CWDM простыми словами: О модулях и мультиплексорах. Продукция и решения для волоконно-оптических сетей связи

Что делать оператору, когда скорость потока и пропускная способность существующего канала уже не обеспечивают запросы потребителей трафика? Правильно - выделять на магистрали новые волокна. А если такой возможности нет, или реализация слишком дорога? Например нужно проложить новый кабель на несколько десятков километров, или прокладка нового кабеля вызовет такую цепочку согласований и бюрократии, что затраты обойдут весь планируемый прирост прибыли на несколько лет вперед. Выход кроется в уплотнении волокна с использованием . Важной составляющей этих систем являются как раз пассивные устройства - мультиплексоры и демультиплексоры CWDM. Это высокотехнологичесткое устройство призвано "упаковать" разные длины волн с отдельных волокон в одно, а также произвести обратную операцию.

Описание

Споры о различии мультиплексора и демультиплексора CWDM беспочвенны, по физической сути это одно и то же устройство. Названия сложились исторически, в настоящее время привязки к ним стараются не делать. Производятся мультиплексоры/демультиплексоры в различных вариациях, основное отличие: работа по одному волокну или по двум волокнам, а также емкость системы, кторая может быть равна 16 (только для одноволоконных устройств) 8, 4 или 2 каналам. Под каналом имеется ввиду пара частот "прием-передача". Кроме того существуют специфические мультиплексоры с отдельными входами для частот передачи видеосигнала. Могут поставляться в оконцованном или неоконцованном вариантах. Оконцовываются любыми типами оптических разъемов, полировка UPC или APC. Длина входа и выходов мультиплексора – по желанию заказчика. Изготавливаются в различных корпусных исполнениях.

У нас всегда на складе присутствует данная продукция для 4 и 8-ми канальных систем. В случае использования в крупных проектах значительных количеств мультиплексоров, или если заказчику необходимы нестандартные исполнения, мы готовы обеспечить минимальные сроки поставки.

Возможные исполнения:

	Компактное исполнение. Используется волокно в буфере 0,9 мм. Такое исполнение можно использовать как в настенных, так и в стоечных конструктивах. Наиболее удобное за счет малых габаритов применение – использование в муфтах и малых распределительных шкафах.
	Полногабаритное исполнение в пластиковом корпусе. Весь мультиплексор смонтирован в пластиковом корпусе с размерами 140х114х19 мм. Исполнение уникально тем, что такой форм-фактор дает возможность изготовить порты сплиттера в волокне с диаметром наружной оболочки 2 или 3 мм. Такое решение подходит для тяжелых условий эксплуатации и рассчитано в основном на установку в стальные/пластиковые распределительные корпуса, или же могут использоваться как отдельностоящее устройство. На фото – восьми-канальный мультиплексор.
	Полногабаритное исполнение в стальном стоечном корпусе. Это предыдущее исполнение, но только установленное в законченный стальной корпус, предназначенный для можтажа в стойку 19". Устройство может обслуживать до 8 дуплексных каналов по одному волокну, или до 16-ти по двум волокнам. .

Недостающие компоненты:

Как известно, системы CWDM - это не только пассивные устройства мультиплексирования. Во многом характеристики и качество таких систем зависит от активного оборудования использованного в них. Это так назывемые , которые мы так же всегда (как и мультиплексоры) стараемся держать на складе. Надо признать, что технология CWDM на нова, но и не собирается сдавать свои позиции, поэтому наряду со старыми форматами модулей GBIC, X2, XENPAK (тоже поставляем их CWDM варианты), по CWDM - технологии изготавливается также многие новые по стандарту модули, такие как: SFP+, XFP. Все это вы всегда можете у нас запросить или приобрести.

Ранее, в статье « », мы рассмотрели общие принципы спектрального уплотнения каналов (Wavelength Division Multiplexing) – эта технология позволила удвоить количество информации, передаваемой в волоконно-оптических сетях. Однако уплотнение «Одно волокно - один двусторонний канал» было только первым шагом. Следующим этапом стало появление технологии CWDM (Coarse WDM ).

Технология грубого спектрального уплотнения работает на тех же физических принципах, что и WDM , но, благодаря более строгим требованиям к точности лазеров, позволяет агрегировать в одном волокне не 2 луча лазера, а, до 18-и. Это достигнуто за счет снижения допусков при производстве модулей. Так, в приёмопередатчиках CWDM, допустима погрешность длины волны передаваемого сигнала ±6-7 нанометров, в то время как в простых, «одноглазых» модулях WDM ± 20-30, а в двухволоконных модулях - до 40 нанометров. Это означает, что обычный двухволоконный трансивер, маркированный как «1310nm», в реальности может излучать сигнал и на волне 1280 нанометров, и на волне 1340 нанометров, и это никак не скажется на его работоспособности.

Повышеные требования к допускам при производстве приёмопередатчиков, в технологии CWDM , влекут за собой удорожание модулей, но позволяют в «диапазон прозрачности» современного оптического волокна (1270 – 1610 нанометров), поместить 18 несущих сигнал лазерных лучей, т.е. 9 дуплексных каналов. Стандартом Международного Института Электросвязи (ITU) G.694.2, для технологии CWDM установлены центральные длины волн: 1270, 1290, 1310, 1330, 1350, 1370, 1390, 1410, 1430, 1450, 1470, 1490, 1510, 1530, 1550, 1570, 1590 и 1610 нанометров.

Повышение ёмкости сети в 9 раз, без прокладки дополнительных физических линий, требует, кроме специальных модулей, также дополнительное оборудование – мультиплексоры. Т.е. модули, установленные в коммутатор, подключаются не напрямую к трассе, а через мультиплексор. И система выглядит следующим образом:

Мультиплексор – полностью пассивное устройство, которое с помощью системы призм собирает (мультиплексирует) от 2-х до 9-и отдельных оптических сигналов в единый поток, направляя его в линию, и, одновременно, принимает аналогичный поток с другой стороны линии, и, также, с помощью системы призм, разделяет (демультиплексирует) его на отдельные составляющие - каналы.

Мультиплексор не требует питания, дальность работы системы уплотнения CWDM полностью зависит от оптического бюджета используемых CWDM -трансиверов . При этом нужно понимать, что при прохождении каскада призм, оптический сигнал подвергается большему рассеиванию, и чем больше этот каскад (больше каналов, наличие апгрейд-порта и т.п.), тем выше затухание, которое добавляется к объективно имеющимся потерям на линии. В стандартном оборудовании коммерческого класса: до 3-х децибел на каждую длину волны каждого мультиплексора.

Это значит, что если замеры трассы показывают, что потери на ней составляют, например, 15 децибел на длине волны 1310 нанометров, то можно использовать обычные двухволоконные, или WDM приёмопередатчики, с оптическим бюджетом от 16 децибел. А при использовании на этой трассе системы уплотнения CWDM , для модуля с этой длиной волны, требуется прибавить затухание на 2-х мультиплексорах – т.е. минимальный оптический бюджет составит 3 + 15 + 3 = 21 децибел (Мультиплексор на стороне "А" + Трасса + Мультиплексор на стороне "Б").

Здесь, необходимо, отметить, что из-за неравномерной прозрачности оптического волокна для света с разной длиной волны, набор приёмопередатчиков будет неоднороден – он будет состоять из модулей разного оптического бюджета.

Тем не менее, технологии очистки оптического волокна не стоят на месте, уже появилось новое поколение кабеля, на основе волокна Corning SMF -28 Ultra , с повышенными характеристиками прозрачности. Например:

(с центральным оптическим модулем без промежуточной оболочки) – «ТОС»

самонесущий (многомодульный без промежуточной оболочки) – «ДОТс»

Многие производители используют спорный маркетинговый прием, маркируя модули CWDM исходя из расчетной дальности модуля… без мультиплексоров. MlaxLink избегает введения в заблуждение потребителей – на наших модулях CWDM отсутствует маркировка в километрах, а для потребителей подготовлена таблица, с помощью которой можно выбрать оптимальный набор модулей для конкретной задачи:

Таблица для подбора модулей для систем CWDM , с учетом мультиплексоров

Остановимся и на таком решении, как масштабируемые мультиплексоры. Это серия мультиплексоров V 2 от MlaxLink , снабженных апгрейд-портом. При возникновении в будущем задач по увеличению уплотнения каналов, не требуется замена оборудования – мультиплексоры V 2 последовательно соединяются, как показано на схеме:

Мультиплексоры ML-V2-MUX-C-4B и ML-V2-MUX-C-4A

Сами же мультиплексоры CWDM MlaxLink , выпускаются в двух вариантах: корпусной и безкорпусной. Корпусной, предназначен как для установки в шасси, так и для отдельного использования.

Корпусной (слева) и безкорпусной (справа) мультиплексоры

Для удобства использования в шкафу или стойке, корпусные мультиплексоры можно надежно закрепить в одноюнитовое шасси, которое в свою очередь крепится на стандартной фурнитуре в стойку или шкаф:

Шасси для мультиплексоров ML-V2-MUX-RACK

В следующей статье, мы рассмотрим более сложную схему решения - с применением раличных OADM (Add -Drop ) модулей.

Рассмотрение вопроса начнем в выяснения "Как это работает".

1 .Это устройство - минимальный элемент CWDM мультиплексора. Оно не имеет точного названия "CWDM add/drop", "CWDM device", "CWDM mini", "CWDM Cell", "CWDM колбочка", "CWDM TFF (CWDM Thin Film Filter)"
Последнее наиболее точно отражает суть вопроса CWDM Thin Film Filter - Тонкопленочный фильтр CWDM. На самом деле этот фильтр - пленка, которая наклеивается внутри колбочки.
Устройства поступают в продажу, их можно купить отдельно, стоимость около 50usd.
2. Устройство представляет собой стеклянную или металлическую запаянную трубочку с тремя пигтейлами, как правило, ничем не оконцованными. Устройство имеет 3 порта (пигтейла)
- COMM - вход оптического потока
- PASS - все то, что пропустил фильтр (в этом примере излучение на длине волны 1310)
- REFLECTION - все, что отразилось, весь свет, который не прошел в фильтр, отражается на выход устройства
(в примере 1270-1290 и 1330-1610, то есть абсолютно все кроме полосы 1310 ушло в REFLECTION)
3. Из рисунка видно, что
- свет из COMM попадает с PASS (отфильтрованый именно тот, что нужен) и в REFLECTION (все остальное)
- система работает в двух направлениях - и туда и обратно
- свет из порта PASS нужной длины волны проходит фильтр, и попадает в COMM (в линию)
- свет ненужной длины волны (прим. не 1310) не пройдет через фильтр из PASS в COMM
- свет из PASS не попадает в REFLECTION
- любой прочий свет (прим. не 1310) свободно проходит из COMM в REFLECTION
- свет данной длины волны (прим. 1310) не пройдет из REFLECTION в PASS

4. На рисунке видно что входящий поток последовательно "разбирается" фильтрами на составляющие, 1470,1490,1510.... 1610, и наоборот, если в эти порты поступает излучение "правильной" длины волны, соответствующей типу фильтра, то это излучение подмешивается к потоку, и выходит в линию.
Таким образом, вы можете самостоятельно выбрать какой из пигтейлов использовать на передачу, а какой на прием. То есть подключить модули в любой комбинации TX и RX. Выглядит просто отлично!

5. Получается, что из "волшебных фильтров" можно собрать практически любой фантастический
мультиплексор, любой требуемой конфигурации. У потребителя есть выбор - или купить мультик в магазине, или даже собрать его своими руками. Для чего это может быть нужно, чуточку позже.

6. Стандартные модели мультиплексоров следующие - 1х4 ,1х8 , 1х16
- 1х4 (1510, 1530, 1550,1570)
- 1х8 (1470, 1490, 1510, 1530, 1550, 1570, 1590, 1610)
- 1х16 (1310, 1330, 1350, 1370, 1390, 1410, 1430, 1450, 1470, 1490, 1510, 1530, 1550, 1570, 1590, 1610)

7. Глядя на схему включения не сразу становится понятно, как это включить. Почему именно эти TX и RX выбраны? Почему именно этот модуль именно с этим модулем в паре работает?
Ответ шокирует - это делается исключительно по вашему выбору. Абсолютно произвольно.
Методика включения выглядит следующим образом:
- вы не можете включить два модуля с одинаковой длиной волны.
- вы выбираете пару на ваше усмотрение (предположим 1510 и 1610, любую пару)
- в один мультик в пункте А вы включаете модуль 1510 портом TX в мультиплексор, а в пункте В модуль 1610 портом TX в другой мультиплексор
- RX включаете "крест-накрест" Модулю 1510 RX - 1610 в пункте А, модулю 1610 RX-1510 в пункте В
8. При подборе пары нужно принимать во внимание один момент. Так как затухание на волокне на разных длинах волн может отличаться в 2 раза (см. рисунок), то на длинных трассах это может приводить к очень большой разнице.
Например:
Трасса 100км, длина волны 1550 - 22dB затухания(0,22dB/km), а длина волны 1310 - 36dB (0,36dB/km) затухания. Разница солидная, модуль может пробить 100км на 1550, 1510, 1610, но на 1310 скорее всего не потянет. Поэтому, если вы включите пару 1310-1550 в этих условиях, скорее всего работать не будет. Имеет смысл взять соседние каналы.

9. Вторая проблема, с которой приходится столкнуться, это затухания на самом мультиплексоре. С одной стороны растет количество каналов, но за все нужно платить. На каждой колбочке мы получаем затухание по 0,3-0,8dB. 4 канала - 1,2dB, 8 каналов - 2,4dB, 16 каналов - 4,8dB!!! И это еще без учета коннекторов. Притом получается, что на первой колбочке у нас почти нет затухания, а на последней почти 5dB!

10. Получается очень неприятная ситуация. Предположим, взяли таких два мукса.
И включили. На длине волны 1610, у нас будет 10dB затухания! Прочтите статью про децибелы (читай ниже подробную статью про децибелы), 10 db затухания - это сигнал упадет в 10раз, или это эквивалентно расстоянию по волокну 27км (на 1310), или 45км (на 1550).
Получается анекдот про трансформатор "На входе 220, на выходе 5, а на остальное гудит...)))".

11. Дабы избежать такой ситуации, мультиплексоры выпускаются в парах. Как показано на рисунке, каждый мультик идет в двух видах, с увеличением номера канала от входа,
и с убыванием. Например - Мультик 1х8
(1470, 1490, 1510, 1530, 1550, 1570, 1590, 1610) и
(1610, 1590, 1570, 1550, 1530, 1510, 1490, 1470)
Таким образом получается, что на каждой длине волны мы получаем одно маленькое значение затухания, и одно большое, суммарно, итоговое значение затухания получается как максимальное на одном данном мультике.

1х4 - 1,5dB на любом канале
1х8 - 2,9dB на любом канале
1х16 - 5,1db на любом канале
5,1 - это не мало, но все же это меньше чем 10. (прим. В новой версии мультиплексоров эти значения удалось улучшить за счет изменения коструктива. Читайте на эту тему следующую главу)

12. В заключении: о способах введения и выведения каналов. Представьте себе ситуацию - из пункта А в пункт Б идет волокно, в котором у вас уплотнено 8 езернет каналов, все красиво, лампочки мырцают,все гут. Но вот вы решили по дороге вывести один-два потока. Что же делать? Ставить дорогущие мультиплексоры, разворачивать поток, потом опять собирать? Нет, есть простое и элегантное решение. Называется оно - OADM (Optical Add/Drop Multiplexer).

13. Существуют и другие модели OADM самого экзотического свойства, позволяющие вывести
и 1 и и даже 4 езернет каналов. Как правило их производят "под заказ", но кое что у нас есть на складе. OADM2, OADM4, OADM8.

Оптический мультиплексор играет основную роль при уплотнении линий по технологии CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing). Задачей оптического мультиплексора CWDM является объединение и разделения оптического излучения на различных динах волн. Технология CWDM позволяет объединять в одном волокне до 18 длин волн из диапазона 1270-1610 нм, шаг длины волны CWDM составляет 20 нм.

В состав мультиплексора CWDM входит сборка из оптических тонкопленочных фильтров, количество которых в общем случае совпадает с количеством рабочих длин волн CWDM. Ширина полосы пропускания каждого фильтра составляет 13.5 нм, что обеспечивает возможность безошибочной фильтрации оптического излучения. В оптическом мультиплексоре CWDM могут быть использованы и другие оптические фильтры, рассчитанные на пропускания TV сигналов, излучения DWDM и т.п.

C развитием оптических технологий, упрощением и уточнением процесса производства оптических компонентов на рынке появились CWDM мультиплексоры, в основу которых легли не тонкопленочные фильтры, а система волноводов и коллиматоров. Эти мультиплексоры называются CCWDM (Compact CWDM) и обладают отличной характеристикой вносимого затухания и компактными размерами. CCWDM мультиплексоры могут монтироваться в муфты или использоваться в системах с высокими требованиями к параметрам затухания.

В зависимости от количества рабочих длин волн, мультиплексор CWDM вносит в линию затухание от 1 до 4 дБ. Для снижения уровня вносимого затухания в мультиплексорах CWDM используются специальные схемы с применением оптических сплиттеров и широкополосных фильтров. В большинстве случаев при применении подобных схем получаются не универсальные устройства. В частности, для объединения волн с разными длинами оптический сплиттер может использоваться в "двухволоконных" CWDM мультиплексорах, который не является демультиплексором для всех заявленных рабочих длин волн.

Для контроля параметров излучения на выходе мультиплексора может быть использован порт мониторинга, на который выводится малая часть излучения. Измеритель мощности CWDM или другое устройство подключается к этому порту и производит замер, результат замера пересчитывается исходя из пропорции отводимого излучения. Таким образом можно выявить нарушение в работе CWDM мультиплексора на ранней стадии и без прерывания сервисов.

Оптический мультиплексор CWDM может поставляться в миниатюрном пластиковом корпусе и в металлическом корпусе для установки в шкаф 19" или 21".

В стандартных системах спектрального уплотнения используются CWDM мультиплексоры на 1, 2, 4, 8 или 9 дуплексных каналов. Для построения систем, оптимизированных под конкретную задачу, целесообразно использование нестандартных мультиплексоров на 3, 5, 6 или 7 каналов.

Особенности мультиплексоров CWDM от СКЕО

• Разработка архитектуры
• Свое производство
• Конфигурации N длин волн на M волокон на T направлений
• Низкие вносимые затухания
• Исполнение в корпусе от пластика до 19"

В СКЕО Вы можете заказать и купить CWDM мультиплексоры с нужной конфигурацией и короткими сроками поставки.

Я работаю в малой, по меркам нашего города, Интернет-компании. В последние 5 лет наша оптическая сеть разрасталась семимильными шагами. Изначально топология сети была выбрана неверно, а именно шинная топология. В следствии чего, если на промежуточном узле связи случался сбой (длительное отключение электроэнергии, зависание оборудования и т.д.), то он влиял на все узлы связи, расположенные дальше. Очевидным решением данной проблемы было, перестроить сеть в соответствии с топологией логическая звезда. Для этого требовалось подключить каждый узел связи отдельным волокном. Но тут всплыла другая проблема, количество свободных волокон было катастрофически мало. Прокладка новых ВОЛС от основных узлов связи финансово затратно. Выходом из сложившейся ситуации стало внедрение CWDM.

CWDM

CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) - мультиплексирование с разреженным спектральным разделением. Другими словами, это технология, позволяющая одновременно передавать несколько информационных каналов по одному оптическому волокну на разных несущих частотах. Сетка длин волн CWDM заключается в диапазоне от 1271 нм до 1611 нм с шагом в 20 нм.
Принцип работы CWDM прост. Каждый приемопередающий модуль генерирует сигнал на определенной частоте. Перед тем, как попасть в оптическое волокно, сигнал с модулей объединяется мультиплексором и передается в волокно. На приемном конце, сигнал разделяется демультиплексором. Для того, чтобы оптическая сеть из топологии шина, преобразовалась в топологию звезда, демультиплексор должен не только принимать сигнал на заданной длине, а также дальше пропускать сигнал не изменяя его. Для этого мы использовали OADM.

OADM

OADM (Optical Add Drop Multiplexor) - это мультиплексор оптического ввода-вывода CWDM системы, который извлекает из оптической линии сигнал на заданной длине волны, а все остальное излучение пропускает без изменений.
OADM модуль имеет четыре интерфейса:
Com – получает сигнал со стороны мультиплексора
Express – пропускает сигнал дальше
Add – входящая линия на определенной длине волны
Drop – исходящая линия на определенной длине волны

SFP

Трансиверы SFP (Small Form Factor Pluggable ) - промышленный стандарт модульных компактных приемопередатчиков, используемых для передачи данных. Каждый SFP CWDM трансивер работает по двум волокнам, на двух разных длинах волн – приемник на одной длине волны и передатчик по другой.

Практическая реализация

На практике мы использовали мультиплексор (MUX) с 8 каналами, приемопередающие трансиверы SFP, и OADM модули. Используемые длины волн представлены в таблице.

Ниже представлена реализованная схема.

Заключение

Проблемы

При внедрении CWDM мы столкнулись с некоторыми проблемами. На каждом узле связи оптические кроссы оконечены SC разъемами. У SFP-модулей разъемы LC. При заказе OADM модулей, была сделана ошибка, OADM модули были заказаны с LC разъемами. При внедрении CWDM приходилось использовать кучу патчкордов, LC и SC розеток, которые давали неслабые затухания в оптическую линию связи, в следствии чего, SFP-модули на отдаленных узлах отказывались работать. Плюс OADM модули вносят затухание от 0,8 до 1,2 дБ. Решением было, отказ от переходных патчкородов, и розеток. Оптические кроссы были переварены на LC разъемы.

Преимущества

• Система CWDM независима от питания. Питание необходимо только для активного оборудования. Что в нашем случае мы и хотели добиться. При падении узла связи остальные узлы работают
• Увеличение объема передаваемого трафика до 8 раз на одно волокно
• Возможность монтажа OADM-модулей в различных местах (в кроссах, муфтах и т.д.)
• Внедрение системы CWDM дешевле прокладки новых оптических линий на длинные расстояния