Перспективы и влияние оптических усилителей на сети 100G WDM

Перспективы сетей WDM

Пропускная способность оптических сетей неуклонно растёт, и основными драйверами являются обратные потоки данных, генерируемые сервисами Triple Play и видео по запросу. Поэтому ожидается, что системы 100G для Ethernet-транспорта найдут своё первое применение в городских сетях и сетях хранения данных. Последовательный подход к передаче данных эффективен в случае больших ёмкостей, требующих передачи WDM, благодаря уменьшению затрат на управление длиной волны.

Однако способ реализации транспондеров 100GbE зависит от сетевой среды. Требования к транспорту 100GbE различаются для соединений «точка-точка», ячеистых сетей и ячеистых сетей с ROADM. В ячеистых сетях дальность передачи критически важна из-за поляризационной модовой дисперсии волокон, образующих эту сеть. В ячеистых сетях с ROADM сигнал также должен обладать высокой устойчивостью к узкополосной фильтрации, создаваемой каскадными ROADM.

В сети WDM обычно используется сетка частот 50 или 100 ГГц (в DWDM-мультиплексоре Fiber-Mart также доступна сетка 200 ГГц), что существенно влияет на выбор одного из описанных выше подходов. Также необходимо изучить возможность работы со смешанной скоростью передачи данных с каналами 10 или 40 Гбит/с и каналами 100 Гбит/с.

Конечно, 100GbE всегда можно реализовать с помощью WDM-подхода (например, 10×10 Гбит/с), но это не увеличит фактическую пропускную способность. Такой WDM-подход может быть привлекателен для недорогих приложений, но для сетей масштаба MAN или WAN управление длинами волн может быть сложным. Например, если предположить, что у оператора с ROADM при WDM-подходе требуется отключать сразу несколько каналов, а не один. Мы принимаем, что последовательные процессы реализации 100GbE в основном подойдут для MAN и WAN. В таком случае такие системы передачи 100GbE должны удовлетворять ряду других требований операторов.

Ethernet в принципе считается недорогой технологией. Помимо преимуществ последовательного подхода, последовательные подходы должны конкурировать с WDM-методами по стоимости терминального оборудования. Это возможно только после того, как компоненты станут зрелыми, а интеграция будет развиваться, как указано в главе, посвящённой компонентам для систем 100G.

Влияние оптических усилителей на сети WDM

Сила света, объединенная с компонентами для его создания, модуляции, манипулирования и обнаружения, а также поддерживаемая оптоволокном с малыми потерями для передачи данных, ознаменовала начало новой эры систем передачи информации в 1970-х годах, – невероятный дар человечеству. Вряд ли можно было ожидать большего, однако изобретение и разработка оптического усилителя в конце 1980-х – начале 1990-х годов завершили этот технологический цикл, раскрыв весь потенциал и мощь оптики для сетей связи. Возникшие в результате экономичные, надежные и высокопроизводительные оптические сети, а также пакетные сети передачи данных, основанные на них, сделали возможной всемирную паутину, которая коренным образом изменила нашу повседневную жизнь.

Глобальный рост оптических сетей WDM за последние 10 лет был впечатляющим. Некоторые оптические сети обычно не видны непосредственно типичному потребителю, и без них столь заметный Интернет был бы невозможен. Охватывая континенты, пересекая океаны, охватывая мегаполисы, а теперь и предоставляя прямые оптоволоконные соединения, коммерчески развёрнутые оптические системы передачи с пропускной способностью на волокно до нескольких Тбит/с обеспечивают высокопроизводительное соединение, лежащее в основе Всемирной паутины (WWW). Современные оптические сети — это уже не просто соединения типа «точка-точка», а гибкие сети с коммутацией длин волн, как кольцевые, так и сетчатые, которые предоставляют гранулированные по длине волны сетевые каналы внутри физического волокна с полностью оптическими входами и выходами, подобно тому, как временные интервалы используются в транспортных сетях с временным разделением.

Всё это было бы невозможно без оптоволоконного усилителя. Оптический усилитель — поистине дар природы, максимально приближенный к идеалу. Он спектрально согласован с окном низких потерь волокна и обеспечивает высокоэффективное широкополосное усиление с низким уровнем шума. Ключевой фактор для реализации технологии WDM — его временная характеристика, которая обеспечивает практически неограниченную скорость передачи данных, позволяя при этом усиливать сигналы разных длин волн без перекрёстных помех между независимыми сигналами связи, передаваемыми на соседних длинах волн.

Потенциал WDM в использовании пропускной способности оптоволокна без необходимости сверхвысоких скоростей передачи данных и необходимой высокоскоростной электроники был хорошо известен уже давно. Однако WDM не был экономически эффективным решением для систем высокой пропускной способности, поскольку каждый канал длины волны приходилось разделять и восстанавливать отдельно с помощью отдельного электронного регенератора. Однако оптический усилитель, прежде всего благодаря своей способности усиливать несколько длин волн одновременно, сделал DWDM экономически эффективным подходом к построению оптических систем передачи сверхвысокой пропускной способности. Одна эта возможность была революционной (впервые продемонстрирована в коммерческих продуктах в середине 1990-х годов).

В то время для большинства было гораздо менее очевидным, даже если некоторые могли это предвидеть, то, что, обеспечивая передачу DWDM, оптический усилитель, по-видимому, прокладывал путь к принципиально новой сетевой архитектуре, использующей длины волн в качестве сетевого параметра, общей единицы измерения, используемой для создания и построения сетей. Эти сети WDM, хотя и зависели от множества других новых технологий, включая, что наиболее важно, оптические коммутационные элементы для построения сетевых элементов OADM и OXC, зависели от оптических усилителей не только для обеспечения работы сетей WDM, но и для компенсации потерь в этих коммутационных элементах. В Fiber-Mart представлены как CWDM OADM, так и DWDM OADM, где можно приобрести 4-канальный CWDM OADM, эквивалентный CWDM-OADM4-1 с превосходной совместимостью с Cisco. Сети WDM предоставляли возможность выделять, управлять и защищать пропускную способность в соответствии с «фрагментами» длин волн посредством полностью гибких сетей с коммутацией длин волн.

Хотя многим эта идея казалась несбыточной, на самом деле она стала вполне естественным следствием внедрения технологии WDM в системы передачи данных. Тем не менее, потребовались колоссальные исследовательские усилия по всему миру, чтобы сформировать базу знаний, необходимую для ответа на ключевые вопросы, изобретения и разработки новых технологий, а также для уточнения и демонстрации преимуществ сетей WDM, чтобы убедить операторов по всему миру внедрять эти сети как в сетях дальней связи, так и в городских сетях. Они не ограничиваются волоконными усилителями, например, DWDM EDFA и рамановскими волоконными усилителями, но также рассматривают потенциальную роль полупроводниковых усилителей с их несколько менее идеальными временными характеристиками, но потенциальными преимуществами в плане стоимости, особенно при интеграции на одной фотонной интегральной схеме вместе с другими оптическими функциями. Эта роль представляется особенно интересной для будущих приложений в городских сетях и сетях доступа.