Мультиплексирование с разделением по длине волны

Цена успеха в информационный век может измеряться емкостью сетевых магистралей или ее недостатком. При создании большинства телефонных сетей, которые до сих пор являются основной базовой инфраструктурой сетей передачи данных, моделью для оценки пропускной способности каналов служил поток Пуассона в предположении, что каждый индивидуум использует сеть шесть минут в час.

Конечно же формула не учитывала взрывной рост трафика, обусловленный Internet (около 300% ежегодно), иначе оценка, безусловно, была бы совершенно иной.
В последнее десятилетие операторы дальней связи начали использовать в качестве магистральных каналов оптоволокно. Применяя технологию мультиплексирования с разделением по времени (Time Division Multiplexing ## TDM), удалось достичь скоростей передачи 2,4 Gbps по одному волокну (канал ОС-48/STM-16). В некоторых случаях с помощью аппаратуры ОС-192/STM-64 удается достичь 10 Gbps.
Проблема нехватки пропускной способности оптоволоконных магистралей может быть решена тремя способами:

• прокладкой новых кабелей;
• усовершенствованием аппаратуры TDM;
• использованием технологии мультиплексирования с разделением по длине волны (Wavelength Division Multiplexing ## WDM).

Первый способ до недавнего времени являлся стандартным для многих провайдеров, испытывавших необходимость повысить пропускную способность каналов. Как правило, прокладка нового кабеля оправдывается только при небольших расстояниях и если она не сопряжена с трудностями. Но даже в таком случае оператор вряд ли сможет предоставить новые сервисы и утилизировать полосу пропускания в достаточной степени. Это может показаться неожиданным, но установленное сегодня оборудование TDM использует менее 1% возможностей оптоволокна. В большинстве случаев такое решение оказывается непрактичным или даже невозможным.
Как уже упоминалось выше, в некоторых случаях провайдеры могут предоставить канал ОС-192/STM-64 с пропускной способностью 10 Gbps. Однако здесь возникает целый ряд проблем. Дело в том, что большая часть инсталлированной базы кабелей использует одномодовое оптоволокно, для которого дисперсия в окне прозрачности 1550 нм оказывается слишком высокой. В результате для эффективной передачи необходимо прокладывать либо отрезки кабеля с дисперсией противоположного знака, либо полностью новое волокно со смещенной ненулевой дисперсией (Non-Zero Dispersion Shifted Fiber ## NZDSF). Кроме этого, увеличение скорости передачи приводит к высокой плотности потока излучения на достаточно протяженных участках. Это, в свою очередь, вызывает нелинейные оптические эффекты, в результате которых искажается форма волны. Вот далеко не полный перечень ограничений при переходе к высоким скоростям. Поэтому при таком подходе оператор вынужден протестировать буквально каждый канал на его совместимость с аппаратурой ОС-192/STM-64.
Третий способ, который более точно называется плотным (Dense) мультиплексированием с разделением по длине волны (DWDM), позволяет одновременно передавать по одному оптоволокну большое число информационных потоков при технологически приемлемых скоростях (например, 2,4 Gbps). Так, мультиплексирование 16 каналов дает немедленное увеличение пропускной способности в 16 раз по уже имеющимся оптоволоконным кабелям.
Перейдем теперь к более подробному рассмотрению этой технологии.

До появления WDM многоуровневая модель взаимодействия технологий передачи сигнала в глобальных сетях, использующих в качестве транспорта SDH/SONET, состояла из среды передачи (оптоволокна) и трех уровней (рис. 2). Для передачи трафика пакеты верхнего уровня инкапсулировались в транспортные модули STM (Synchronous Transport Module) стандарта SDH или в транспортные сигналы STS стандарта SONET, которые затем через соответствующий физический интерфейс поступали в оптическую среду передачи.

Технология WDM несколько изменила вид модели (рис. 3). Теперь ячейки АТМ и пакеты IP уже не требуют обязательной инкапсуляции в блоки STM/STS, что упрощает их обработку. Безусловно, для сохранения преемственности традиционных моделей взаимодействия эти виды трафика могут передаваться посредством WDM с использованием SDH/SONET в качестве промежуточного уровня. Таким образом, DWDM позволяет провайдерам предоставлять услуги, такие, как видео и мультимедиа, как IP-трафик поверх АТМ, так и голос поверх SDH/SONET. Несмотря на то что эти три формата обладают различными возможностями по управлению полосой пропускания, все они могут быть переданы поверх оптического уровня DWDM.

Поддержка индустрии
В настоящее время устройства DWDM производят практически все ведущие на рынке телекоммуникаций компании. Среди них Alcatel, Bosch, Ciena, Ericsson, Fujitsu, GPT-Siemens, Hitachi, Lucent, NEC, Nortel Networks, NTT. Их можно разделить на две группы. К первой относятся компании, традиционно выпускающие системы SDH/SONET (к примеру, Alcatel, Lucent, NEC, Nortel), ко второй ## «новички» (Ciena, Eonyx, IBM, Osicom). Первые разрабатывают на базе технологии DWDM транспортные средства для глобальных сетей, тогда как вторые работают в секторе локальных или сетей масштаба города (Metropolitan Area Networks ## MAN).
Что касается области применения DWDM, то, как и для всякой новой технологии, она постоянно расширяется. Этому сопутствуют ее совместимость с инсталлированной базой оптоволокна, а также прозрачность и интероперабельность с существующими протоколами.

Леонид Бараш

Компьютерное Обозрение #28, 21 июля 1999