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CWDM产品的现状、存在的问题和发展趋势

Cww.net.cn 2003年12月19日 15:43 通信世界网
    上海市电信有限企业邵信科上海电信技术研究院 沈成彬
    由于数据业务的飞速发展，网络融合的速度在加快，城域网正成为当前网络建设的热点，而且市场竞争的压力使得电信运营商对网络的成本（包括建设成本和运维成本）更加敏感。针对市场的这种需求，低成本的城域网CWDM产品应运而生。
    随着全光谱CWDM联盟（FCA）对CWDM技术的有力推动和ITU-T对CWDM的标准化使得CWDM技术成为设备制造商和运营商关注的重点。2002年5月，ITU-T第15研究组通过CWDM波长栅格的标准G.694.2，成为CWDM技术发展史上的里程碑。第15研究组还提出了定义CWDM系统接口的G.capp标准草案。我国的上海贝尔等企业在CWDM技术的标准化中也作出了一定的贡献，相关国内标准也正在讨论中。
    随着市场需求的增长和CWDM技术的迅速标准化，国内外的很多通信设备制造商，如Nortel、Ciena、HUAWEI、上海贝尔阿尔卡特、烽火网络等都开发了相关产品并在市场上获得了比较广泛的应用。
    本文简单先容了CWDM的原理和优点，并结合对几个CWDM产品的测试结果，分析了CWDM技术的现状，存在的问题、发展趋势。
    CWDM系统原理
    CWDM（CoarseWavelengthDivisionMultiplexing）系统，即稀疏波分复用系统，是一种面向城域网接入层的低成本WDM传输技术。从原理上讲，CWDM就是利用光复用器将不同波长的光信号复用至单根光纤进行传输，在链路的接收端，借助光解复用器将光纤中的混合信号分解为不同波长的信号，连接到相应的接收设备。其原理如图1所示。与DWDM的主要区别在于：相对于DWDM系统中0.2nm到1.2nm的波长间隔而言，CWDM具有更宽的波长间隔，业界通行的标准波长间隔为20nm。ITU-T G.694.2规定的波长如表1所示。各波长所属的波段如图2所示，覆盖了单模光纤系统的O、E、S、C、L等五个波段。
    表格1ITU-T G.694.2规定的各光通道的中心波长分配表
    序号中心波长(nm)波段序号 中心波长(nm) 波段
    11271
    O101451E
    2129111 1471
    S
    3131112 1491
    4133113 1511
    5135114 1531 C
    61371
    E151551
    7139116 1571
    L
    8141117 1591
    9143118 1611
    由于CWDM系统的波长间隔宽，对激光器的技术指标要求较低。由于波长间隔达到20nm，所以系统的最大波长偏移可达－6.5℃～＋6.5℃，激光器的发射波长精度可放宽到±3nm，而且在工作温度范围（－5℃～70℃）内，温度变化导致的波长漂移仍然在容许范围内，激光器无需温度控制机制，所以激光器的结构简化，成品率提高。
    另外，较大的波长间隔意味着光复用器/解复用器的结构简化。例如，CWDM系统的滤波器镀膜层数可降为50层左右，而DWDM系统中的100GHz滤波器镀膜层数约为150层，这导致成品率提高，成本下降，而且滤波器的供应商增加有利于竞争。CWDM滤波器的成本比DWDM滤波器的成本要少50%以上，而且随着自动化生产技术和批量的增大会进一步降低。
    另外，CWDM定位于城域网络内短距离的传输（80公里以内），而且通道速率一般不超过2.5Gbps，所以在传输线路上也无需进行光放大、色散、非线性等方面的考虑，所以可以使系统简化。
    通过上述一些手段，通过对波长间隔的扩大和设备的简化，使得CWDM系统的单位光通道的成本可以降低到DWDM系统的1/2甚至1/5，在城域网接入层具有较强的优势。
    CWDM产品的优点
    CWDM的最重要的优点是设备成本低。具体情况前面已经先容过了。除此之外，CWDM的另一个优点是可以降低网络的运营成本。由于CWDM设备体积小、功耗低、维护简便、供电方便，可以使用220V交流电源。由于其波长数较少，所以板卡备份量小。使用8波的CWDM设备对光纤没有特殊要求，G.652、G.653、G.655光纤均可采用，可利用现有的光缆。
    CWDM系统可以显著提高光纤的传输容量，提高对光纤资源的利用率。城域网的建设都面临着一定程度的光纤资源的紧张或租赁光纤的昂贵价格。目前典型的粗波分复用系统可以提供8个光通道，按照ITU-T的G.694.2规范最多可以达到18个光通道。
    CWDM的另一个优点是体积小、功耗低。CWDM系统的激光器无需半导体制冷器和温度控制功能，所以可以明显减小功耗，如DWDM系统每个激光器要消耗大约4W的功率，而没有冷却器的CWDM激光器仅消耗0.5W的功率。CWDM系统中简化的激光器模块使得其光收发一体化模块的体积减小，设备结构的简化也减小了设备的体积，节约机房空间。
    与传统的TDM方式相比，CWDM具有速率和协议透明性，这使之更适应城域网高速数据业务的发展。城域网中有许多不同协议和不同的速率的业务，CWDM提供了在一根光纤上提供不同速率的、对协议透明的传输通道，如以太网、ATM、POS、SDH等，而且CWDM的透明性和分插复用功能可以允许使用者直接上下某一个波长，而不用转换原始信号的格式。也就是说，光层提供了独立于业务层的传送结构。
    CWDM具有很好的灵活性和可扩展性。对于城域业务来讲，业务提供的灵活性，特别是业务提供速度和随着业务发展进行扩展的能力非常重要。利用CWDM技术可以在1天或者几个小时的时间内为用户开通业务，而且可以随着业务量的增加，可以通过插入新的OTU板进行容量的扩展。
    提高业务质量。在城域网中应用CWDM系统可以使光层恢复成为可能。光层恢复比电层恢复要经济得多。考虑到光层恢复是独立于业务和速率的，那么原来一些自身体制无保护功能的体系（如千兆以太网），则可以利用CWDM来进行保护。
    由于CWDM技术的上述优点，所以CWDM在电信、广电、企业网、校园网等领域获得越来越多的应用。
    CWDM产品现状
    为了研究CWDM技术的现状和存在的问题，大家邀请了HUAWEI、上海贝尔阿尔卡特、CIENA、光桥、上海全光网络、烽火网络等几个厂家进行了CWDM设备测试，主要测试内容包括：主光通道MPI接口测试、OTU测试、业务接口测试（包括SDH、以太网、透明速率通道接口、ESCON等）；组网能力测试（包括OADM环网、点到点、链形、单纤双向等）、光层保护功能测试、网管功能测试、可靠性（高低温、湿度、振动等）和设备安全性测试。通过这次测试，可以看出目前的CWDM技术具有如下几个主要特点：
    1．由于目前的E波段的光收发模块的技术尚不成熟，所以绝大多数的产品均为8波（1470nm~1610nm），由于CWDM技术定位于城域的边缘层，所以相关产品均设计成盒式产品，并且可通过级联方便的进行扩展。
    2．CWDM支撑点到点、链形、环形、环带链、单纤双向等多种组网方式，可根据需求灵活使用。
    3．一般支撑MUX线路侧双发选收的1＋1光线路保护，也有通过特殊的保护板，进行OTU层的1＋1光通道保护。
    4．由于城域网业务种类众多，如GE、SDH、FE、ESCON、FICON、FC等，而且速率可能是100Mbit/s～2.5Gbit/s，CWDM所具有的协议透明性和速率透明性使之能很好的提供对城域多业务的传输功能。
    5．很多厂商开始支撑电层的业务复用功能，如上海贝尔的可以将不同格式的622M以下速率的信号复用为STM-16信号的4×Any板，HUAWEI的GEMUX板可以将2个GE或FC复用为STM-16。
    6．CWDM网络管理系统对性能管理和故障管理以及配置管理方面存在着能力较弱的问题，需进一步提高。
    7．某些CWDM设备可靠性和安全性方面尚存在着一些不足，如缺少ALS或APR功能，光收发模块的可靠性尚需改进。这些问题都是强调降低成本的结果。
    CWDM产品存在的问题
    CWDM技术的最大问题是其相对于DWDM设备的成本优势仍不够明显。光收发模块和光器件是降低成本的关键。但由于市场规模不大，供应商的出货量不大，所以器件成本优势不明显。
    另外一个降低成本的方法是简化设备功能，而这种方法导致系统的可靠性和可管理能力降低。
    价格不断降低的DWDM产品也给CWDM技术很大的压力，而且采用DWDM技术可以形成一个完整的城域DWDM网，所以可扩展性好，对CWDM的压力比较大。
    目前的CWDM设备支撑的光通道（波长）数目不超过8个，主要是E波段的光收发模块制造工艺还不成熟，另外，消除了水吸取峰的G.652C光缆在现网中应用较少，所以对E波段光收发模块的市场需求不大。
    更高速率和更远传输距离的CWDM系统还存在很多技术问题。如10G系统的色散问题、超宽带光放大技术等。
    另外，标准化进程需要加快，特别是对业务接口功能方面需要运营商的引导。
    CWDM产品的发展方向
    目前制约CWDM产品发展的关键因素之一是光收发模块和复用解复用器件的价格。随着市场的发展和制造工艺的进步，进一步降低设备成本是一个重要的发展方向。
    开发E波段的光器件技术，使之尽快成熟。开发10G速率光通道技术，提高CWDM系统的容量和可升级性。
    支撑各种业务接口是CWDM发展的方向。城域网接入层对多业务接口的需求是各厂商进一步开发多业务接口的动力，CWDM设备将提供FE、GE、SDH、ESCON、FC等多种业务接口。另外一个发展方向是能与MSTP或者高性能路由交换设备结合，作为MSTP设备或者高速路由器扩展线路侧容量的手段。
    提供多层次的光层和业务层保护功能也是一个发展方向，以满足不同客户的需求。
    网络管理技术和设备安全性、可靠性等方面进一步提高，提高在市场上的竞争力。
    对于最新推出的G.652C光纤，由于G.652C光缆的价格是G.652B价格的两倍，而且E波段的CWDM光收发模块技术尚不成熟，短期内（1－2年）应用全波段CWDM设备的可能性不大，采用G.652C光缆存在投资大、短期内无效益的问题，所以G.652C光纤在城域用户光缆网中的应用受到一定限制。
    总结
    CWDM通过较大的波长间隔使得光收发模块和无源光复用器/解复用器的成本降低，而且具有业务透明性好、运营维护简单、可扩展性好等优点，所以受到业界的很大重视，但CWDM也存在着成本优势尚不突出、设备功能不够完善、光通道数较少等问题。随着市场的扩大和技术的发展，定位于城域网接入层的CWDM技术可以有着很好的应用前景。