Italia

Analisi completa della tecnologia DWDM

Aggiornato il 03 Mag 2023 by
967

Sono passati oltre 20 anni da quando la tecnologia DWDM ha fatto la sua comparsa sulla scena e negli ultimi due decenni ha rivoluzionato la trasmissione di informazioni su lunghe distanze. Attualmente, la tecnologia DWDM è così ampiamente applicata che quasi ci si dimentica che c'è stato un tempo in cui accedere alle informazioni dall'altra parte del mondo era costoso e lento.

 

Cosa è la tecnologia DWDM - Dati in un arcobaleno

DWDM è l'acronimo di Dense Wavelength Division Multiplexing, una tecnologia di multiplazione ottica utilizzata per aumentare la larghezza di banda delle dorsali in fibra ottica esistenti. Il termine "denso" si riferisce al fatto che la tecnologia DWDM supporta più di 80 lunghezze d'onda separate, ciascuna larga circa 0,8 nanometri (nm) su una singola fibra ottica.

Principio di funzionamento

La tecnologia DWDM aumenta la capacità della rete e fa un uso efficiente della larghezza di banda. I dati provenienti da diverse fonti vengono messi insieme su una fibra ottica in cui ogni segnale viaggia alla stessa velocità sulla propria lunghezza d'onda. All'estremità del ricevitore, ogni canale viene demultiplexato nella sorgente originale, per cui diversi formati di dati con velocità diverse, come i dati di Internet, i dati della rete ottica sincrona (SONET) e i dati della modalità di trasferimento asincrono (ATM) possono essere trasmessi contemporaneamente attraverso una fibra ottica. La capacità di trasmissione del DWDM è da 4 a 8 volte quella del TDM (Time Domain Multiplexing) e in questo caso vengono impiegati gli EDFA (Erbium doped optical amplifier) per aumentare la potenza del segnale. Il segnale può essere trasmesso a più di 300 km prima di essere rigenerato.

the principle of dwdm technology

Figura 1: Il principio della tecnologia DWDM

Applicazioni

  • Il DWDM può espandere la capacità e servire come larghezza di banda di riserva senza installare nuove fibre, quindi è ideale per i servizi di telecomunicazione a lunga distanza.

  • La tecnologia DWDM può essere utilizzata anche in varie reti come le reti di sensori, le reti radar remote, le reti di controllo dei processi tele spettroscopici e molte altre ancora.

  • Utilizzando solo due fibre, è possibile costruire un anello protetto al 100% con 16 segnali di comunicazione separati, utilizzando terminali DWDM, in quanto si tratta di anelli autocurativi.

  • Per soddisfare la domanda di una base industriale in rapida crescita, la rete DWDM può essere utilizzata per gli impianti a fibra sottile esistenti, che non sono in grado di supportare velocità di trasmissione elevate.

Vantaggi

  • Trasparenza: poiché l'architettura DWDM si basa sul livello fisico, è in grado di supportare in modo trasparente sia il TDM che i formati di dati come ATM, Gigabit Ethernet, ESCON e Fibre Channel con interfacce aperte su un livello fisico comune.

  • Scalabilità: la rete DWDM può sfruttare l'abbondanza di fibra spenta in molte reti metropolitane e aziendali per soddisfare rapidamente la domanda di capacità sui collegamenti punto-punto e sulle tratte degli anelli SONET/SDH esistenti.

  • Provisioning dinamico: il provisioning rapido, semplice e dinamico delle connessioni di rete consente ai provider di fornire servizi ad alta larghezza di banda in pochi giorni anziché in mesi.

 

Strutture di rete DWDM backbone

Le strutture di rete basate su DWDM possono essere suddivise in tre classi: semplice collegamento DWDM point-to-point, instradamento di lunghezze d'onda DWDM con TDM elettronico e rete dorsale di commutazione/routing e rete DWDM completamente ottica.

1. Semplice collegamento DWDM point-to-point

In questa architettura DWDM, i nodi elettronici possono essere switch SONET/SDH, router Internet, switch ATM o qualsiasi altro tipo di nodo di rete. Il nodo DWDM consiste tipicamente in una coppia di multiplexer/de-multiplexer di lunghezze d'onda (dispositivi a griglia a onde luminose) e in una coppia di convertitori ottico-elettrici/elettrico-ottici. Ogni canale di lunghezza d'onda viene utilizzato per trasmettere un flusso di dati individuale. Il multiplexer DWDM combina tutti i canali di onde luminose in un unico fascio di luce e lo pompa in una singola fibra. La luce combinata di più lunghezze d'onda viene separata dal demultiplexer all'estremità ricevente. I segnali trasportati da ciascun canale di lunghezza d'onda vengono poi riconvertiti nel dominio elettrico attraverso i convertitori O/E (fotorivelatori). In questo modo, un canale di lunghezza d'onda può essere equivalente a una fibra tradizionale in cui un fascio di luce viene utilizzato per trasportare informazioni. Vale la pena notare che i canali di lunghezza d'onda in una fibra possono essere utilizzati per entrambe le direzioni o due fibre, ciascuna delle quali per una direzione.

point to point dwdm link

Figura 2: Collegamento DWDM point-to-point

2. Instradamento delle lunghezze d'onda con TDM elettronico

In questa struttura, i router a lunghezza d'onda sono utilizzati per configurare o riconfigurare la topologia della rete nel dominio ottico e i nodi di rete TDM sono utilizzati per eseguire il multiplexing e la commutazione nel dominio elettrico. Questa architettura di rete combinata ottica ed elettrica può essere applicata in SONET/SDH, dove i nodi di rete TDM elettrici sarebbero gli switch SONET, o in Internet, dove i nodi di rete TDM elettrici sarebbero i router Internet. L'architettura può essere utilizzata anche in una rete ATM, dove i nodi della rete TDM elettrica sono gli switch ATM.

wavelength routing with electronic tdm

Figura 3: Instradamento delle lunghezze d'onda con TDM elettronico

3. Rete DWDM ottica completa

Come si vede, i nodi TDM/switching elettrici possono essere di qualsiasi tipo, come switch SONET/SDH, router Internet e switch ATM. Ciò indica che i nodi TDM all-optical nell'architettura all-optical possono essere switch ottici SONET/SDH, o switch ATM all-optical, o router Internet all-optical. Diversi tipi di nodi TDM/switch ottici possono anche trovarsi in un'unica rete, a condizione che vengano implementate le conversioni di protocollo. In effetti, il nodo ottico TDM/switch e il router di lunghezza d'onda in un sito di routing possono essere combinati in un nodo di commutazione completamente ottico che non solo inoltra i pacchetti attraverso il multiplexing nel dominio del tempo, ma seleziona anche il percorso luminoso in modo intelligente in base alla disponibilità e al carico di traffico dei collegamenti.

all optical dwdm network

Figura 4: Rete DWDM interamente ottica

 

Distribuzione di DWDM su rete CWDM

Nel testo precedente abbiamo discusso a fondo la tecnologia DWDM e la rete DWDM. Il CWDM è un punto di ingresso a basso costo più popolare per molti clienti. Tuttavia, con l'aumento del fabbisogno di capacità e della velocità di servizio, è necessario aumentare la capacità delle reti CWDM esistenti. Il principio dell'implementazione di una soluzione DWDM su una rete CWDM risiede nel fatto che le lunghezze d'onda DWDM sono in realtà all'interno della gamma di lunghezze d'onda CWDM, come illustrato nella Figura 5. Pertanto, la rete DWDM può essere collegata alla rete CWDM tramite i canali CWDM di 1470 nm, 1490 nm, 1510 nm, 1530 nm, 1550 nm, 1570 nm, 1590 nm e 1610 nm. Nella maggior parte dei casi, i canali da 1530 nm e 1550 nm sono consigliati per la combinazione di sistemi CWDM e DWDM per aumentare la capacità della rete in fibra ottica CWDM esistente.

dwdm and cwdm wavelengths

Figura 5: Lunghezze d'onda DWDM e CWDM

Per combinare le lunghezze d'onda DWDM con quelle CWDM, si utilizzano sia CWDM MUX/DEMUX che MUX/DEMUX DWDM. L'immagine seguente mostra i metodi di connessione per CWDM e DWDM ibridi utilizzando un canale da 1550 nm. Su entrambe le estremità del collegamento in fibra, vengono installati un MUX/DEMUX CWDM e un MUX/DEMUX DWDM con lunghezze d'onda corrispondenti. Collegando la porta di linea del MUX/DEMUX DWDM alla porta del canale 1530nm/1550nm del MUX/DEMUX CWDM, è possibile aggiungere le lunghezze d'onda DWDM alla rete CWDM esistente.

build dwdm over cwdm network

Figura 6: Creazione di una rete DWDM su CWDM

Le lunghezze d'onda devono essere considerate attentamente durante la selezione del MUX/DEMUX CWDM e del MUX/DEMUX DWDM. Come già detto, per il CWDM e il DWDM ibrido si suggerisce di utilizzare lunghezze d'onda di 1530 nm e 1550 nm. L'immagine seguente mostra le lunghezze d'onda suggerite per CWDM e DWDM ibrido. Se si utilizza la porta da 1530 nm, si suggerisce che le porte dei canali DWDM MUX/DEMUX siano comprese tra 1529,55 nm e 1536,61 nm. Per la porta a 1550 nm, si suggerisce che le porte dei canali del MUX/DEMUX DWDM siano comprese tra 1545,32 nm e 1557,36 nm.

suggested wavelengths for cwdm and dwdm hybrid

Figura 7: Lunghezze d'onda suggerite per CWDM e DWDM ibrido

 

Considerazioni pratiche sull'implementazione di una rete DWDM

Quando si implementa una rete DWDM, i clienti possono incontrare alcune domande che influiscono sulla scelta del fornitore, del tipo di apparecchiatura, del progetto e così via. Alcune di queste domande frequenti sono le seguenti:

Il sistema DWDM è compatibile con l'impianto in fibra esistente?

Sebbene la maggior parte della fibra installata, come la fibra SM e la NZ-DSF, sia in grado di supportare la rete DWDM, esistono ancora alcuni tipi di fibra più vecchi che non sono adatti all'uso DWDM. Pertanto, se è necessario implementare una nuova fibra, scegliere quella che supporta la crescita futura, in particolare quando i sistemi DWDM si espanderanno in nuove regioni di lunghezza d'onda con velocità di trasmissione più elevate.

Qual è la mia strategia di migrazione e provisioning?

Poiché la tecnologia DWDM è in grado di supportare una crescita massiccia delle richieste di larghezza di banda nel tempo senza bisogno di aggiornamenti, rappresenta un investimento a lungo termine. Sia le topologie punto-punto che quelle ad anello possono servire come base per la crescita futura. La pianificazione deve consentire l'aggiunta flessibile di nodi per soddisfare le mutevoli esigenze dei clienti.

Quali strumenti di gestione della rete posso utilizzare?

Sarà necessario uno strumento di gestione della rete completo per il provisioning, il monitoraggio delle prestazioni, l'identificazione e l'isolamento dei guasti e l'azione correttiva. Tale strumento dovrebbe essere basato su standard (SNMP, ad esempio) e in grado di interagire con il sistema operativo esistente.

Qual è la mia strategia di protezione e ripristino?

La progettazione di una strategia di protezione è un processo complesso che richiede molte considerazioni. Esistono sia guasti gravi che guasti morbidi. I primi devono essere affrontati attraverso la ridondanza a livello di dispositivo, componente o fibra. I secondi devono essere affrontati dal sistema attraverso il monitoraggio e la gestione intelligente della lunghezza d'onda. Le strategie di protezione e sopravvivenza dipendono dal tipo di servizio, dal sistema e dalle architetture di rete. In molte reti, dipendono anche dal protocollo di trasporto.

 

Evoluzione storica e tendenze future della tecnologia DWDM

Come mostra la Figura 8, a metà degli anni '90 stavano emergendo sistemi WDM densi (DWDM) con 16-40 canali e spaziature da 100 a 200 GHz. Alla fine degli anni '90, i sistemi DWDM si sono evoluti al punto da essere in grado di supportare da 64 a 160 canali paralleli, densamente impacchettati a intervalli di 50 o addirittura 25 GHz. Si può notare che, con il progredire delle tecnologie, si assiste a un aumento del numero di lunghezze d'onda accompagnato da una diminuzione della loro spaziatura. Oltre all'aumento della densità delle lunghezze d'onda, i sistemi sono progrediti anche nella flessibilità della configurazione, grazie alle funzioni di add-drop e alle capacità di gestione.

the evolution of dwdm technology

Figura 8: L'evoluzione della tecnologia DWDM

Le recenti innovazioni nei sistemi di trasporto DWDM includono moduli ricetrasmettitori collegabili e sintonizzabili via software in grado di operare su 40 o 80 canali. Ciò riduce drasticamente la necessità di transceiver discreti di riserva, quando una manciata di moduli transceiver sintonizzabili può gestire l'intera gamma di lunghezze d'onda. In futuro, la tecnologia DWDM continuerà a fornire la larghezza di banda per grandi quantità di dati. Con lo sviluppo della tecnologia, sarà possibile ridurre la spaziatura delle lunghezze d'onda per aumentare la capacità dei sistemi. Ma il DWDM sta anche andando oltre il trasporto per diventare la base di una rete completamente ottica con provisioning di lunghezze d'onda e protezione basata su mesh. Questa evoluzione sarà promossa dalla commutazione a livello fotonico.

 

Conclusioni

All'inizio degli anni '90, una singola fibra poteva trasmettere solo 2,5 Gbps di informazioni, ma ora, grazie alla tecnologia DWDM, può trasportare quasi 10 Terabit/sec. Grazie a questi vantaggi, la rete DWDM è diventata una soluzione ideale e conveniente per espandere la capacità della rete. Non c'è dubbio che la tecnologia DWDM rimodellerà la rete di comunicazione del futuro.

Potresti essere interessato a

Conoscenza
See profile for Sheldon.
Sheldon
Cosa è la porta SFP di uno switch Gigabit?
22 Mag 2023
82.9k
Conoscenza
Conoscenza
See profile for Migelle.
Migelle
Switch PoE, PoE+ e PoE++: Come scegliere?
16 Mar 2023
36.7k
Conoscenza
See profile for Sheldon.
Sheldon
LACP e PAGP: Qual è la differenza?
08 Mar 2023
25.0k
Conoscenza
Conoscenza
See profile for Moris.
Moris
DHCP o IP Statico: Qual è il migliore?
08 Mag 2023
55.0k
Conoscenza
See profile for Migelle.
Migelle
Switch Attivo vs Passivo: Quale Scegliere?
07 Dic 2020
20.2k
Conoscenza
See profile for Sheldon.
Sheldon
RIP vs OSPF: Qual è la differenza?
15 Nov 2022
28.4k
Conoscenza
See profile for Vincent.
Vincent
Capire il moduli BiDi
08 Mar 2021
19.9k
Conoscenza
See profile for Vincent.
Vincent
XFP vs SFP+: Quali sono le differenze?
10 Gen 2023
14.8k
Conoscenza