Глава 2.Как работает DWDM система. Мультиплексирование. Схемы включения. Дальность работы.
Если Вы читали предыдущую часть данного комплексного обзора DWDM систем, то Вы, вероятно, помните про составляющие этой системы. Про устройства, генерирующие информационный поток (попросту, коммутаторы), тут писать особого смысла нет, а вот про трансиверы и мультиплексоры следует поговорить.
Итак, трансивер. Теоретически, DWDM трансиверы бывают всех типов разъемов (GBIC, SFP, XFP, SFP+, XENPAK, X2), однако, на практике чаще всего встречаются SFP, SFP+ и XFP. Остальные (GBIC, XENPAK и X2) практически не востребованы в силу использования очень удобных переходников. Трансивер DWDM, так же, как и CWDM, ВСЕГДА двухволоконный, то есть, если на него внимательно посмотреть, то можно увидеть разъём, из которого торчит TOSA (передатчик), и разъём, в котором заметно ROSA (приёмник). Все приёмники широкополосные, то есть способны воспринимать сигнал любой длины волны (частоты) из стандартной частотной сетки DWDM. А это значит, что формировать пары модулей можно как угодно. Теоретически. И если взять любые два трансивера (обязательно A-Gear, надо же влить каплю рекламы), два одномодовых волокна, и соединить трансиверы крест-накрест, а потом пустить через них трафик – то все будет работать! А практически – все сложнее.
Для того, чтобы пустить по одному волокну один или более полноценных дуплексных канала связи, необходимо оборудование, способное сформировать групповой сигнал, а затем выделить отдельные сигналы из группового обратно. Это устройство называется (не поверите!) мультиплексор (multiplexer)! Они (мультиплексоры) бывают разные: одно- и двухволоконные, мультиплексоры/демультиплексоры и универсальные мультиплексоры, эти устройства могут различаться количеством входных «хвостов» - об этом ниже.
Рассмотрим сначала одноволоконные системы – они проще для понимания. Итак, есть одно волокно, соединяющее точку А и точку В. Предположим, требуется пустить из точки А в точку В 4 полноценных дуплексных канала, а значит, что «хвостов» у мультиплексоров будет по 8. Теоретически, каналы в мультиплексорах можно сделать любые, но, из соображений уменьшения затуханий и удобства перехода с одноволоконных на двухволоконные системы, используют разделение каналов по принципу «синий диапазон – в одну сторону, красный – в другую». То есть, например, каналы С54…С61 из синего диапазона используют на передачу, а С30…С37 – на прием, образуя пары С54\С30, С55\С31, С56\С32, … , С61\С37 (Рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 – Пример включения одноволоконной DWDM системы.
Одноволоконные системы – это хорошо, но работать на расстояния свыше 80км (да и на 80-то не всегда, особенно, если трасса плохо сварена) они не будут. Не будут потому, что 10G трансиверы очень чувствительны к дисперсии, о которой будет написано ниже.
80км – маловато для современных магистралей. Кому сейчас нужна система с, например, 200G пропускной способностью всего на 80км? А для того, чтобы «пробить» расстояния свыше 80км, нужно два волокна и двухволоконные мультиплексоры. Почему два? Потому, что есть устройства, усиливающие сигнал в одну сторону, но об этом позже.
Итак, двухволоконный мультиплексор – что же это такое? По сути, это два одноволоконных мультиплексора в одной коробке. Внутри они могут быть устроены по-разному, объединяет их одно: красный диапазон – в одну сторону, синий – в другую. И никак по-другому. То есть, вообще никак. Никаких пар (для образования полного дуплексного канала) из диапазона одного цвета не будет! Пример на рисунке ниже (Рисунок 2.2).
Рисунок 2.2 – Пример включения двухволоконной DWDM системы.
«Для чего?!», - гневные крики аудитории, - «Два волокна же! И одно и то же (ну, по крайней мере, на первый взгляд). Дорого!». И, поверьте, будет еще дороже. Но зато как элегантно! На этом этапе мы добираемся до злейших врагов магистрала – дисперсии и затухания, а также к методам борьбы с ними.
Затухание – физическое явление, характеризующееся потерей мощности вследствие прохождения светом некоторого расстояния по оптическому волноводу. Другими словами, амплитуда сигнала становится меньше. Наглядно затухание показано на рисунке 2.3.
Рисунок 2.3 – Затухание светового сигнала.
Затухание обычно связано с тем, что оптическое волокно, сколь хорошего качества оно не было, имеет неоднородности и перегибы, которые мешают прохождению светового сигнала. Кроме того, на размер затухания также влияет количество и качество сварок, грязные разъёмы и прочее. Измеряется затухание в дБм/км (dBm/km). Следует отметить, что свет, имеющий разные длины волн, затухает по-разному, однако, в системе DWDM из-за относительно узкого диапазона работы, затухание на каждом канале примерно одинаково (около 0.23дБм/км).
Дисперсия – это явление размывания во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала, которое приводит к увеличению длительности импульса оптического излучения при распространении его по оптическому волокну. Бывает она межмодовой, хроматической, поляризационной, материальной, волновой. Высокий уровень дисперсии влечет за собой повышение параметра ошибок BER.
Нас интересует, в первую очередь, хроматическая дисперсия. Хроматическая дисперсия имеет место быть из-за того, что в спектре лазерного излучения так или иначе присутствуют составляющие «околонесущих» длин волн, которые распространяются в волокне с разными скоростями. В результате, сигнал как-бы «расплывается» тем больше, чем большее расстояние он прошел. Простейшее представление дисперсии можно увидеть на рисунке 2.4.
Рисунок 2.4 – Хроматическая дисперсия.
На самом деле и внешний вид, и сами процессы дисперсии сложнее, но для общего понимания достаточно и этого. Измеряется дисперсия в пс/(нм*км) (количество пикосекунд на каждый километр трассы на определенной длине волны). Стандартное значение дисперсии в волокне G.652 составляет +17пс/(нм*км).
По итогу, при прохождении некоторого расстояния, сигнал изменил свою форму – расширился и затух (рисунок 2.5).
Рисунок 2.5 – Суммарное воздействие затухания и дисперсии на сигнал.
Отдельно следует отметить, что дисперсия – более важный параметр для 10G трансиверов, нежели для 1G. Связано это с тем, что длительность посыла светового импульса у 10G трансивера меньшее, чем у 1G и, как следствие, у дисперсии есть «меньше места» для «безошибочного» расширения импульса.
К чему вообще всё это? Зачем это в статье про DWDM мультиплексоры? И почему дисперсия и затухание так вредны? Всё дело в том, что любой трансивер имеет приёмник, который характеризуется некоторыми параметрами, среди которых есть чувствительность к дисперсии и мощности сигнала. Чем больше расстояние, тем больше затухание и тем большее воздействие на сигнал имеет дисперсия, и на определенном расстоянии один из этих факторов таки сыграет свою роль – либо приёмник трансивера перестанет детектировать входящий сигнал (затухание), либо приёмник будет принимать сигнал с ошибками (дисперсия).
Со всем этим можно бороться методом установки в линию связи усилителей, предусилителей и компенсаторов дисперсии – для этого и делают двухволоконные мультиплексоры. Кратко обо всём этом в следующем обзоре.