تکنولوژی DWDM چیست؟

تکنولوژی DWDM؛ داده در رنگین کمان

DWDM مخفف Wavelength Division Multiplexing Dense، تکنولوژی‌ای برای ارتقاء پهنای باند بر بستر فیبر نوری موجود است. “Dense” (متراکم) در اینجا به این معنیست که کانال‌های طول موج بسیار به یکدیگر نزدیک هستند.

اصول

داده‌های مختلف بر روی فیبر نوری قرار می‌گیرند که در آن هر سیگنال سرعتی متناسب با طول موج خود را دارد. در سمت گیرنده هریک از کانال‌ها بنابر فرمت منبع اصلی خود دی مالتی پلکس می‌شوند. بنابراین فرمت‌های مختلف داده با نرخ داده (data rate) متفاوت مانند داده‌های اینترنت، SONET (داده‌ی همزمان شبکه‌ نوری - Synchronous Optical Network data) و ATM (حالت انتقال ناهمگام - asynchronous transfer mode) می‌توانند به صورت همزمان از طریق یک تار نوری منتقل شوند. به این ترتیب تکنولوژی DWDM ظرفیت شبکه را افزایش داده و استفاده از پهنای باند را بهینه می‌کند. قابلیت انتقال DWDM چهار تا هشت برابر Time Domain Multiplexing) TDM) است. به این علت که در DWDM از  تقویت کننده‌هایی به نام Erbium Doped Fiber Amplifier) EDFA) استفاده می‌شود. این تقویت کننده‌ها قدرت سیگنال را بالا برده و نیاز به تولید مجدد سیگنال نیست، بنابراین سیگنال می‌تواند بیش از 300 کیلومتر (بدون بازسازی) منتقل شود.

کاربردها

DWDM قابلیت توسعه ظرفیت را دارد و می‌تواند بدون نیاز به نصب فیبرهای جدید به کارگرفته شود، بنابراین برای سرویس‌های ارتباطات راه دور مورد استفاده قرار می‌گیرد. DWDM همچنین در شبکه‌های متفاوتی مانند شبکه‌های سنسور، شبکه Remote radar، شبکه کنترل فرایند طیف سنجی از راه دور (Tele spectroscopic process control network) و بسیاری شبکه‌های دیگر استفاده می‌شود. ترمینال‌های DWDM با استفاده از دو فیبر، رینگ‌های 100% محافظت شده با 16 سیگنال ارتباطی جداگانه ساخته می‌شود به گونه‌ای که این حلقه‌ها مستقل هستند. جهت پاسخگویی به تقاضا در این صنعت رو به رشد، سیستم DWDM می‌تواند برای فیبرهای موجود استفاده شود و از طریق آنها از بیت ریت بالا پشتیبانی کرد.

مزایای شبکه DWDM

شفافیت– از آنجاییکه DWDM لایه ای با معماری فیزیکی است می‌تواند به طور شفاف هم از TDM و هم از فرمت های داده مانند ATM، Gigabit Ethernet، ESCON و کانال های فیبر open interface را با بیش از یک لایه فیزیکی معمول پشتیبانی کند.

مقیاس پذیری– DWDM می‌تواند افزایش ظرفیت فیبرهای درون بسیاری از مناطق شهری و شبکه‌های سازمانی را سرعت ببخشد تا تقاضای ظرفیت لینک‌های نقطه به نقطه و رینگ‌های SONET/SDH موجود را برآورده سازد. 

تأمین پویا– ارائه‌ی شبکه‌ای سریع، ساده و پویا به تأمین کنندگان، امکان تامین سرویس‌های پهنای باند بالا را طی چند روز (کم‌تر از یک ماه) می‌دهد.

بیشتر بخوانید: اجزا و معماری شبکه GPON FTTH

Back Bone شبکه DWDM

ساختارهای شبکه مبتنی بر DWDM را می‌توان به سه دسته تقسیم کرد که عبارتند از:

• لینک ساده نقطه به نقطه DWDM
• مسیریابی طول موج DWDM با TDM الکترونیکی و BackBone شبکه سوییچینگ/مسیریابی
• شبکه تمام نوری DWDM

1- لینک ساده نقطه به نقطه DWDM

در این معماری، گره‌های الکترونیکی (electronic nodes) می‌توانند سوییچ‌های SONET/SDH، مسیریاب‌های اینترنت (Internet routers)، سوییچ های ATM و یا هر نوع دیگری از گره‌های شبکه باشند. گره‌های DWDM شامل یک جفت مالتی پلکسر/دی مالتی پلکسرِ طول موج (دستگاه انتشار امواج نوری) و یک جفت مبدل نوری-الکتریکی/الکتریکی-نوری است. هرکانال طول موج برای انتقال یک جریان از داده به صورت جداگانه استفاده می‌شود. مالتی پلکسر، طول موج DWDM تمام کانال های موج نوری را ترکیب و به یک پرتو نور تبدیل و به درون یک فیبر واحد، وارد می‌کند. نور ترکیب شده از طول موج های متعدد، در سمت گیرنده توسط دی مالتی پلکسر جدا می‌شود. سیگنال حمل شده توسط هر یک از کانال های طول موج به وسیله مبدل Photo detector) O/E) دوباره به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود. به این ترتیب یک کانال طول موج می‌تواند معادل یک فیبر باشد که در آن از یک پرتو نور برای حمل اطلاعات استفاده می‌شود. شایان ذکر است که کانال‌های طول موج در یک فیبر برای هر دو جهت  و یا از دو فیبر برای یک جهت استفاده می‌شود.

2- مسیریابی طول موج با TDM الکترونیکی - Wavelength Routing With Electronic TDM

در این ساختار از مسیریاب‌های طول موج (wavelength routers) برای نصب و یا تنظیم مجدد توپولوژی شبکه در دامنه نوری استفاده می‌شود و گره‌های شبکه TDM برای انجام مالتی پلکسینگ و سوییچینگ در حوزه الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این معماری شبکه نوری و الکتریکی ترکیبی را می‌توان در SONET/SDH به کار برد که در آن گره‌های الکتریکی شبکه TDM، سوییچ های SONET هستند. این معماری همچنین در شبکه ATM نیز می‌تواند به کار گرفته شود که در آن گره‌های الکتریکی شبکه TDM، سوییچ‌های ATM هستند.

3- بخش تمام نوری شبکه DWDM

همانطور که دیده شد، گره‌های الکتریکی TDM/Switching می‌توانند هرچیزی مانند سوییچ های SONET/SDH، مسیریاب‌های اینترنت (Internet routers) و سوییچ های ATM باشند. این نشان می‌دهد که گره‌های تمام نوری TDM در معماری تمام نوری می‌تواند سوییچ‌های تمام نوری SONET/SDH یا سوییچ‌های تمام نوری ATM و یا مسیریاب‌های تمام نوری اینترنت Internet routers باشد. انواع مختلفی از گره‌های TDM/Switch نوری می‌تواند در یک شبکه باشد، مشروط بر اینکه تبدیل پروتکل انجام شود. در واقع، گره TDM/Switch نوری و مسیریاب طول موج در یک مکان مسیریابی را می‌توان در یک گره سوییچینگ تمام نوری قرار داد که نه تنها بسته‌ها را از طریق دامنه زمانی هدایت می‌کند بلکه با توجه به در دسترس بودن و بارهای ترافیکی لینک‌ها، مسیر نور را نیز هوشمندانه هدایت می‌کند.

اجرای DWDM بر روی شبکه های CWDM

در قسمت قبلی به طور کامل در مورد تکنولوژی DWDM صحبت شد. تکنولوژی CWDM به علت هزینه پایین برای بسیاری از مشترکین رایج بوده است. با افزایش نیاز به ظرفیت و افزایش خدمات، تقاضا برای افزایش ظرفیت شبکه های CWDM موجود، وجود دارد. اصل اجرای DWDM برروی CWDM بر این اساس است که طول موج هر دو در یک محدوده باشد، همان طور که در شکل پایین نشان داده شده است. بنابراین شبکه DWDM با استفاده از کانال‌های 1610nm, 1590nm, 1570nm, 1550nm, 1530nm, 1510nm, 1490nm, 1470nm به شبکه CWDM متصل می‌شود. در بیشتر موارد کانال‌های  1530و 1550 برای ترکیب سیستم DWDM و CWDM جهت افزایش ظرفیت شبکه فیبر نوری CWDM موجود پیشنهاد می‌شود.

برای ترکیب طول موج‌های DWDM با طول موج‌های CWDM باید از CWDM  MUX/DMUX و DWDM MUX/DMUX استفاده شود. تصویر زیر روش‌های اتصال برای ترکیب DWDM و CWDM با استفاده از کانال 1550 را نشان می‌دهد. در هر دو انتهای لینک ارتباطی یک CWDM MUX/DMUX و DWDM MUX/DMUX‌ با طول موج‌های متناظر تعبیه شده است. با اتصال پورت MUX/DMUX DWDM به پورت کانال MUX/DMUX CWDM با طول موج 1530/1550nm، طول موج های DWDM به شبکه CWDM موجود اضافه می‌شود. در حین انتخاب  MUX/DMUX CWDM و MUX/DMUX DWDM باید طول موج‌ها با دقت زیادی مورد بررسی قرار گیرند.

همانگونه که در بالا ذکر شد، طول موج های 1530 و 1550 جهت استفاده ترکیبی CDWM و DWDM پیشنهاد داده شده است. اگر پورت 1530nm مورد استفاده قرار گیرد، پورت کانال MUX/DMUX DWDM در محدوده 1529.55 nm تا 1535.61nm پیشنهاد می‌گردد. برای پورت 1550nm، پورت کانال MUX/DMUC DWDM در محدوده 1545.32nm تا 1557.36nm پیشنهاد می‌گردد.

ملاحظات عملی در اجرای شبکه DWDM

در زمان اجرای شبکه مبتنی بر DWDM مشتریان ممکن است با سوالاتی روبرو شوند که انتخاب در فروشنده، نوع تجهیزات، طراحی و غیره را تحت تأثیر قرار دهد. برخی از این سوال ها عبارتنداز:

• آیا سیستم DWDM با زیرساختهای فیبر موجود سازگاری دارد؟

با وجود اینکه اکثریت فیبرهای نصب شده مانند فیبر SM و NZ-DSF می‌تواند شبکه DWDM را پشتیبانی کنند، اما هنوز انواع قدیمی‌تری از فیبرها وجود دارند که برای استفاده DWDM مناسب نیست. بنابراین اگر قرار است فیبر جدید نصب شود، باید از نوعی باشد که در آینده مخصوصاً جهت توسعه سیستم DWDM، نیز امکان ارتقاء به طول موج‌های جدید و بیت‌ ریت‌های بالاتر را داشته باشد.

• استراتژی مهاجرت و تأمین چیست؟

از آنجا که DWDM قادر به پشتیبانی از رشد گسترده پهنای باند در طول زمان و بدون نیاز به ارتقاء (upgrade) است، یک سرمایه گذاری بلند مدت محسوب می‌شود. هر دو توپولوژی نقطه به نقطه و رینگ می‌تواند به عنوان پایه و اساسی برای امکان رشد در آینده عمل کند و برنامه ریزی نیز باید به گونه‌ای باشد که تغییرات بر اساس نیازها و استفاده مشترک و افزودن گره‌های اضافه، قابل انعطاف باشند.

• ابزار مدیریت شبکه - Network Management Tool

به یک ابزار مدیریت شبکه برای تهیه، نظارت بر عملکرد، شناسایی خطا و جدا سازی و اقدامات راه گشا نیاز می‌باشد. چنین ابزاری باید مبتنی بر استاندارد (به عنوان مثال SNMP) و قادر به تعامل با سیستم عامل موجود باشد.

• استراتژی محافظت و بازسازی چیست؟

طراحی یک استراتژی محافظت، فرایندی پیچیده است که باید ملاحظات زیادی در آن اعمال شود. خطا می‌تواند هم سخت افزاری و هم نرم‌افزاری باشد. در مورد اول باید دستگاه، قطعات و یا فیبر بررسی شود. و  مورد دوم از طریق نظارت و مدیریت هوشمندِ طول موج توسط سیستم حل شود. استراتژی محافظت و احیاء به نوع خدمات، سیستم و معماری شبکه بستگی دارد. در بسیاری از شبکه ها به پروتکل انتقال نیز بستگی دارد.

تکامل تاریخی و روند آینده فناوری DWDM

همانطور که در شکل 8 نشان داده شده است در اواسط دهه 1990، سیستم های DWDM، با 16-40 کانال و فاصله بین 100-200 Ghz ظاهر شدند. در اواخر دهه 1990 سیستم های DWDM به حدی تکامل یافتند که به ظرفیت 64 تا 160 کانال موازی دست یافتند. بواسطه پیشرفت این تکنولوژی افزایش تعداد طول موج همراه با کاهش فاصله طول موج، بوجود می‌آید. همزمان با افزایش تراکم طول موج، سیستم‌ها نیز در انعطاف پذیری پیکربندی خود و از طریق عملیات اضافه کردن و قابلیت‌های مدیریتی پیشرفت می‌کنند.

نوآوری اخیر در سیستم انتقال DWDM شامل ماژول‌های ترنسیور قابل تعویض و تنظیم توسط نرم افزار، این سیستم را قادر به کار در 40 یا 80 کانال کرده است . هنگامی که ماژول‌های ترنسیور قابل تنظیم می‌توانند طیف گسترده‌ای از طول موج را کنترل کند، به طور چشمگیری نیاز به ترنسیورهای یدکی و جدا، کاهش می‌یابد. در آینده تکنولوژی DWDM به ارائه پهنای باند برای مقادیر زیادی از داده ادامه خواهد داد. حقیقت این است که با توسعه فن‌آوری، فاصله نزدیک‌تر در طول موج امکانپذیر خواهد بود که این امر ظرفیت سیستم‌ها را افزایش می‌دهد. اما DWDM فراتر از انتقال، با تأمین طول موج محافظت مبتنی بر مش، به پایه و اساس شبکه های نوری تبدیل می‌شود و با جابجایی در لایه فتونیک، این تحول، تکامل می‌یابد.

خلاصه

در اوایل دهه 1990 یک تک فیبر تنها قادر به انتقال 2.5 Gbps اطلاعات بوده اما امروزه با تکنولوژی DWDM، می‌توان حدود 10 Tbps را حمل کرد و می‌توان به راحتی به تماشای فیلم در آنسوی دنیا پرداخت. با مزیت های متنوع، DWDM یک تکنولوژی ایده‌آل برای سیستم ارتباط خواهد بود. شکی نیست که فناوری DWDM شبکه ارتباطات آینده را تغییر شکل می‌دهد.