DWDM技术在城域网上的应用

DWDM技术在城域网上的应用

摘要：详细介绍了城域网上IP业务的传输方式，DWDM在城域网中应用时的特点以及中兴DWDM光传输系统在城域网中的应用。

关键词：城域网IP ATM SDH DWDM 组网光器件

一、概述

随着数据通信的迅速发展，特别是互联网的迅速发展，带来Internet业务量呈爆炸性增长，因此对数据传输网带宽的需求越来越高，可以预见未来数据网络承载的业务将以IP为主，所以未来网络首先要考虑如何更优地适应IP业务的需求。DWDM 技术以其大容量、支持多业务、可扩充性好等优点将成为未来传输网的主体。

DWDM最初多应用在长途干线传输网上，主要是为了实现长距离、大容量、无电再生的传输，为此而采用了许多相应的技术，如EDFA技术、外调制激光器技术等。但随着局域网业务容量的迅速膨胀，DWDM在城域网中也获得越来越多的应用，当城域网需要更多的带宽时，DWDM已被证明是较铺设新光纤更廉价的替代方案。相对于干线传输网，城域网在应用上有很多不同的特点，因此对于DWDM设备的要求也不同，主要表现在对传输距离、组网能力、传输业务能力等要求的差异，应用在城域网上的DWDM设备必须能够很好地满足这些特殊的要求，才能更好的发挥作用。以下就以中兴通讯的ZXWM-32系列密集波分复用光传输设备为例，介绍一下DWDM设备在城域网上的应用。

二、城域网上IP业务的传输方式

在不久的将来，为适应Internet大发展而带来的大容量需求，缓解通信网络的拥挤状况、增强网络的灵活性，DWDM技术开始在城域网中采用。美国和欧洲已经开始进行这方面的研究和实验工作，并且在某些地区的城域网中采用了DWDM技术。在城域网上传送的业务将主要是IP业务。目前，常用的IP传送技术有三种，分别是IP over ATM、IP over SDH和IP over DWDM，这几种方式的关系如图1所示：

图1 IP over ATM、IP over SDH和IP over DWDM关系图

今天，城域网一般采用ATM over SONET／SDH承载IP业务；尽管运行状况还不错，但效率却不高。直接将IP业务放置在SONET／SDH传输设备中的方式，仍然很昂贵，并且不能很方便地接入不同的业务。相比之下，以DWDM技术为基础的城域环路为数据传输提供了一个开放的、大容量的廉价数据传输渠道。因为DWDM环路技术支持格式透明的光纤路径保护及在单个波长粒度基础上的信道路由，它不需要SONET／SDH传输，并可采用轻帧IP业务。以这种方式简化城域网络，可以在提高网络容量和灵活性的同时免去一些设备费用，IP over DWDM的方式将是未来的发展方向。但在目前，路由器技术的发展还不能完全解决QoS、VPN等问题，IP over ATM 的方式还将在一定时期内存在。

不管采用那种技术来传送IP，以DWDM为主体来构筑网络的光纤物理层将是大势所趋。

三、城域网中DWDM应用的特点

相对于干线传输网上的应用，DWDM应用于城域网时有一些不同的特点，主要体现在以下几个方面：

1．再生节点之间的距离较短，一般为几十公里

在长途干线传输网上，再生节点间的距离一般为几百公里，甚至上千公里，对于DWDM设备的长距离传输能力要求很高，需要DWDM设备采用一些特殊的技术才能够实现。比如要在再生节点之间增加中继站，而且对于光放大器、波分复用器件、激光器、光接收器等关键器件的性能要求较高，例如，光放大器要有较低的噪声系数、足够高的增益而且增益谱要平坦；波分复用器要有较高的隔离度、较小的插入损耗和较小的各通路插损的最大差异；激光器要有足够的色散容限和波长稳定性，光接收器要有较高的接收灵敏度等。

而在城域网的情况下，需要传输的距离相对较短，在实际的城域环境下，90％以上的网络都在120公里以内，对于许多核心

器件的某些性能指标的要求可以相对放宽，比如前面提到的放大器的增益、噪声系数；波分复用器的插入损耗和各通路插损的最大差异；激光器的功率、色散容限；光接收器的灵敏度等，甚至可以不采用放大器。下面就分别介绍在城域网应用中，在DWDM设备的关键器件的选择上，相比长途干线网上应用有那些不同。

?光放大器

在DWDM系统中的光放大器主要是EDFA，根据其在DWDM系统的位置不同，又分为光功率放大器、光线路放大器和光前置放大器。

在长距离应用时，这三种放大器都是必备的，而且需要多个放大器的级联，对放大器的增益、噪声系数、增益平坦性等指标都有很严格的要求。

在城域网应用中，由于传输距离较短，一般不需要光线路放大器，只需要光功率放大器和光前置放大器，而如果传输距离小于30km，可以只用光功率放大器。由于不需要多个放大器的级联，因此对于放大器的噪声系数、增益平坦度等指标的要求可以放宽。

?波分复用器

相比在干线传输网上的应用，DWDM应用在城域网时，对光通道数目的需求不会减少，有时为了方便的集成多种业务，反而需要更多的光通道，因此对于波分复用器性能的要求较高。同时为了降低DWDM技术在城域网中应用的成本，一般尽量不采用光放大器，因此要求波分复用器的插入损耗低，各通路插损的最大差异小等等。

?激光器

在DWDM系统中，限制其无电再生传输距离的主要因素是色散，对于2.5Gb/s速率的信号，如果采用G.652光纤来传输，则理论上色散限制的最大传输距离约为960km。为了实现长距离传输，发送端激光器的色散容限要足够大，比如，对于目标传送距离分别为360km、600km、640km的典型应用，要求发送端激光器的色散容限值分别为7200ps/nm、12000ps/nm 和12800ps/nm。

根据调制方式的不同，主要有两种激光器：直接调制激光器和外调制激光器。其中，直接调制激光器实现起来较简单，成本较低，但色散受限距离较短，一般在80公里以下。而外调制激光器比直接调制激光器能获得较大的色散容限值，但实现起来较复杂，成本相对也较高。在长距离传输时，为了满足色散容限的要求，一般要采用外调制激光器，如电吸收外调制激光器（EML

激光器）或铌酸锂激光器；但在城域网应用中，可采用直接调制激光器和低成本的外调制激光器，从而降低系统成本。

?光接收器

DWDM系统中的光接受器主要有两种：PIN型和APD型，其中APD型的光接收器较PIN型有较高的接收灵敏度，但成本也较高。在城域网应用中，由于传输距离较短，线路的损耗也较小，对于光接收器的灵敏度等指标的要求可以放宽，一般可以采用较低成本PIN型光接收器。

由上面的内容可以看出，在城域网应用中，DWDM设备的大部分关键器件的性能要求相对放宽，从而大大降低DWDM设备的成本，使网络运营商可以利用DWDM设备组建大容量、低成本的城域网。

2．网络拓扑结构相对复杂

DWDM在长途干线传输网应用中，多为点到点的链型组网，主要目的是要实现超长距离、大容量的数据传输，组网形式相对简单。但在城域网应用中，往往需要组成比较复杂的网络，如：环型网、链型+环型网、环型+环型等，原因主要有以下几个：

?DWDM在城域网应用中，主要是实现众多的业务汇接点之间的数据传送，这样的业务汇接点在一个城域网中往往有很多，而且在这些汇接点上，往往需要很多业务的上下（波长的上下）。

?为了能够实现故障时业务的快速恢复，往往采用OADM设备组成环网，采用双纤单向/双向复用段保护来实现业务的保护。

?一个城域网中多个链路、环路有可能会相互交叉，从而形成比较复杂的组网。

由于城域网应用时网络的拓扑结构相对复杂，对于DWDM设备的组网能力提出了很高的要求，主要表现在以下几个方面：

?必须具备OADM设备。

这是实现复杂组网的基础，虽然采用背靠背的方式也可以实现较复杂的组网，但不如采用OADM更为经济和灵活。并且只有采用OADM设备，才能够实现有效的保护，如双纤单向/双向复用段保护等。

?监控通道和公务联络必须支持十字交叉组网

组成复杂的网络，不仅要求DWDM设备能够实现中间节点的波长上下，而且要能够实现复杂网络的监控和公务联络。在网络中的一些节点，会有多达四个光方向，如图2组网中的两条链路的交叉点，相应的，该节点的监控通道和公务联络通道必须

能够支持四个光方向，才能够实现整个网络的监控和公务联络。

图2 十字交叉组网示意图

四、中兴ZXWM-32密集波分复用光传输系统能够很好的应用于城域网

在前面的内容中介绍了有关DWDM在城域网应用中的一些特点，以及对DWDM设备的特殊要求。中兴通讯以其在光通信领域雄厚的科研实力和多年的研发经验，结合国际光通信领域最新的研究成果，研制成功的ZXWM-32密集波分复用光传输系统，充分考虑了城域网应用的特点，在许多方面进行了优化，不仅能够很好的应用于长途干线网，也能够为城域网应用提供高性能价格比的产品，其特点主要表现以下几个方面：

1.具备全系列的OADM设备

OADM设备是城域网应用中最关键的设备，中兴通讯目前已能提供可固定上下4－8个波长的OADM设备，很快就可以提供能够灵活上下8个波长的OADM设备。

系列化的OADM设备彼此完全兼容，能够实现平滑升级，从而可以充分保护用户的投资。ZXWM-32 OADM设备与ZXWM-32 终端设备、线路放大设备完全兼容，配合适用，可以实现环网、十字交叉等各种形式的组网应用。

OADM项目是中兴通讯和北京邮电大学光通信中心联合承担的中国高速信息示范网（CAINONET）研究项目，属于“863”重大研究课题，在中国全光网研究进程中具有重要的意义，具有国际先进水平和国内领先水平。ZXWM-32 OADM设备采用该研究项目的先进成果，具有以下特点：

?最多可以实现8个波长的灵活上下，系统的最大容量为16×2.5Gb/s；

?具有独特的上下路波长的端口指配功能；

该功能与OTU（光转发单元）配合，任何上路端口来的某一光信号都可以上路到8波系统的任一波长，这样即使两个上路端

口的上路光信号波长相同，也不会造成阻塞，同样下路也可以通过端口指配功能将某一下路波长根据需要下到任一端口，从而极大扩展了OADM应用的灵活性；

?支持链型、环型、十字交叉等组网；

?可以实现二纤单向复用段保护、两纤双向复用段保护、通道保护等保护方式，从而可以实现自愈环型组网；

?与ZXWM-32 OTM设备、OLA设备完全兼容，配合适用，可以实现环网、十字交叉各种形式的组网应用；

?该OADM设备具有完善的、与ZXWM-32其它设备统一的网元管理和网络管理系统；

?完全遵循ITU-T以及信息产业部的相关标准。

1.系统配置灵活，可根据需求为用户提供性价比最高的配置

ZXWM-32密集波分复用光传输系统，根据城域网应用中传输距离较短的特点，可以为用户提供经济实用的配置，最大限度地节省用户的投资。

o具备全系列的光发射/接收模块、光放大器和波分复用器，可分别用于短距离、中距离、长距离传输。

具有直接调制、电吸收外调制和铌酸锂调制三种激光器；具有PIN和APD两种光接收器；具有不同增益、噪声系数、增益平坦度的四种光放大器；具有耦合型、介质薄膜滤波器型两种波分复用器。

全系列的部件，可以根据不同用户的需求，灵活的选配，在满足用户性能需求的前提下，最大程度的为用户节约成本。

o系统可以灵活配置

在容量上，根据用户的需求，可以灵活配置，为用户提供1-32波长，最大80G的容量。在设备类型上，可以配置成终端设备、光放大设备和OADM设备。在上下业务上，可以提供8个波长的固定上下或1-8个波长的灵活上下。

所有这些，都是为了向用户提供最佳性能价格比的设备。

1.完善而周到的保护方式

ZXWM-32 OADM在环网应用时，可以支持的保护方式有光波长通道保护环（1＋1或1：1）和光复用段保护环，而后者又可分为二纤单向光复用段保护环、二纤双向光复用段保护环以及四纤双向光复用段保护环。采用ZXWM-32 OADM设备组建的环形网不仅具有传统环网所具有的生存能力强、恢复时间短等优点，而且易于扩容和平滑升级。

４．多业务的支持能力好

在城域网应用中，每个业务汇节点接入的业务类型比较灵活，SDH、ATM、PDH、IP等多种业务可能会同时接入，要求DWDM 设备对各种格式的数据都能够提供很好的支持。

ZXWM-32系统采用了具有自适应功能的OTU，可以根据输入业务的格式自动调整内部电路，具有很好的开放性，能够很好地支持SDH、PDH、IP、ATM等数据类型，同一系统中的不同波长都可以是独立的速率和数据格式。因此，采用ZXWM-32系统可以很容易地实现多业务的汇集，如图3所示。

图3 用ZXWM-32密集波分复用系统实现多种业务的汇集

五、采用ZXWM-32组建城域网举例

如图4所示，采用ZXWM-32 OADM设备组成的有4个节点的环形网。在4个节点上分别有1、2、3、4个波长的上下，环上整个容量为5个波长，分别承载A、B、C、D、E共5个业务。业务的流向和波长分配见表1。

由于节点最多上下4个波长，采用ZXWM-32 的4波固定上下OADM或4波灵活上下OADM都可以实现，具体采用哪种设备，可以根据用户的需求来选择。前者更经济实惠，后者更灵活强大。

此环网可以支持通道保护、双纤双向复用段保护和双纤单向复用段保护。

图4 采用ZXWM-32组建城域网示意图