CWDM：宽带城域网的不二之选

王立群 信息产业部电信研究院    来源：《通信产业报》

 3G带动了低迷的传输、IP城域网等相关市场的再度崛起。眼下，国内长途骨干网的建设已基本完成，各运营商建设的重点已经转向了本地城域网范围，城域网以成为各运营商全面竞争的主战场，更是各类技术全面大比拼的擂台，各种城域传输技术尤为突出。城域网主要负责分发长途骨干网上下来的信号，同时将来自网络边缘的信号汇聚到长途骨干网中。城域网在网络中所处的地位决定了其具有与长途骨干网明显不同的业务特性。
 
 　　城域网的业务灵活多样，其用户群较长途骨干网用户群来说要小得多，同时它又需要足够的带宽以满足业务汇聚的要求。这就根本上决定了应用于城域网的网络技术要同时兼有带宽和成本的优势。因此CWDM(Coarse Wavelength Division Multiplexing，粗波分复用)技术应运而生。由于具有成本低、容量大、业务透明性和易扩展性好等特点，CWDM设备主要应用于光城域网汇聚层，实现局域网到城域网之间或城域网内部的互连，较好地解决了局域网与城域网之间的带宽瓶颈问题，因此，CWDM一出现，就吸引了业界的目光。许多厂家纷纷推出相关产品，逐鹿市场。使得CWDM技术也成为近来颇为热门的技术之一。
 
 　　CWDM组网方式及网络生存性
 
 　　CWDM作为光传送网的重要组成部分，主要有两种组网方式：点对点系统和带固定波长分插复用(OADM)的系统。点对点组网方式由发送和接收两个节点组成，以满足两点之间业务的传输。点对点的组网方式不能满足组网的灵活性要求，引入固定波长分插复用(OADM)可在一定程度上改善组网的灵活性。
 
 　　随着网络传输的信息越来越多，信息传输的速率越来越高，一旦网络出现故障，将造成极大的影响，网络的生存性已成为用户关注的焦点问题之一。与所有的光网络一样，CWDM网络同样面临着网络的健壮性问题，为了增强网络的健壮性，需要根据CWDM的特点，采用相应的保护技术，保证传输业务的连续性。
 
 　　网络保护的基本原理是网络要具备发现替代传输路由并重新建立通信的能力。替代路由可采用备用设备或利用现有设备中的冗余能力，以满足全部或指定优先级业务的恢复。
 
 　　根据CWDM网络的特点，首先，CWDM网络中不采用EDFA作为放大器，其传输的距离受到一定的限制，因此，采取的保护方式不能使传输距离受太大的影响；其次，到目前为止，光域上能够准确检测的参数只有光功率、光信噪比和中心波长，而像误码率、LOS、LOF这类参数只能在SDH信号的电域检测，而可检测的参数中，最方便、直接的参数是光功率，因此，故障判断的依据可采用光功率；第三，由于保护倒换有严格的时间要求，因此，故障检测不仅要求准确，而且要求快速。要满足以上条件，可采用1+1光复用段保护倒换。
 
 　　1+1光复用段保护倒换原理是：在发送端，将合波后的光信号经过光耦合器分成具有完全相同信息的两路光信号，同时在主用、备用两根光纤上传输，为保护提供了冗余的路由，在接收端通过光开关，选择其中一路光信号作为接收信号，即完成并发选收的功能。在正常工作时，缺省配置是选择主用线路，当主用线路出现故障时，接收端检测到主用线路光功率丢失，产生告警，上报给网络管理系统，网络管理系统控制光开关，切换到备用线路，完成保护倒换。
 
 　　CWDM的全新解决方案
 
 　　目前城域网内的传输一般可以采用ATM、SDH或DWDM网，但这几种解决方案都存在建设周期长，开通维护成本高，实际应用不灵活等方面的缺点。并且根据城域网的实际特点，其具有普遍传输距离较短，无需使用放大器，若采用和广域网一样的DWDM设备，无疑将会在成本上得不偿失。因此，低成本、易开通、应用灵活CWDM作为一种新兴的传输网，为城域接入网与核心网的连接提供了全新的解决方案。
 
 　　系统主要实现的创新技术：
 
 　　1)实现了一机双平台技术
 
 　　在同一台系统设备上同时采用CWDM技术和DWDM网络规模技术，不同传输平台的光波长信号由相应的光功能模块进行处理。不但利用了CWDM成本低的优势，而且保证网络传输技术向DWDM升级时，两者彼此兼容和平滑升级。
 
 　　2)智能化的网络管理技术
 
 　　主要包括配置管理、性能管理、故障管理、安全管理和计账管理等。
 
 　　3)适应多业务透明传输技术
 
 　　光收发机对45Mb/s～2.5Gb/s速率光信号具有自适应能力，对城域网应用的各种传输协议透明，包括ATM、SDH/Sonet、IP、Ficon、Escon等。同时还支持视/音频模拟节目无压缩数字化传输。
 
 　　4)系统结构和性能的优化设计
 
 　　系统采用OADM结构，综合WDM的大容量传输和动态波长配置功能。通过采用模块化设计方式，兼容CWDM和DWDM技术，随着业务扩展和网络规模扩容的要求，支持系统传输技术在线升级，同时保留原来的传输平台和业务的继续正常工作。
 
 　　5)网络组网能力和自愈保护功能
 
 　　能够支持多种组网方式包括点到点链路、二纤环网等多种组网方式。网络同时具有多种自愈保护方式，包括光波长通道保护。
 
 　　主要解决的关键技术问题：
 
 　　1)解决了在较长距离情况下，CWDM和DWDM信号同时获得放大的技术；
 
 　　2)解决了在系统从CWDM传输平台在线升级为CWDM和DWDM双平台的同时对原有业务质量保证的技术问题；
 
 　　3)满足了DWDM信号和CWDM信号的各项技术指标要求(包括插损、误码率等)；
 
 　　4)双平台系统在不同网络拓扑中的应用技术。
 
 　　但是，CWDM是成本与性能折衷的产物，不可避免地存在一些性能上的局限。CWDM目前也存在以下几点不足：
 
 　　1)CWDM在单根光纤上支持的复用波长个数较少，导致日后扩容成本较高；
 
 　　2)复用器、复用解调器等设备的成本还应进一步降低，这些设备不能只是DWDM相应设备的简单改型；
 
 　　3)DWDM不适用于城域网，城域网节点间距离较短，运营商用在CWDM设备扩容上的钱完全可以用来埋设更多的光缆，得到更好的效果。
 
 　　CWDM最大限度地利用了现有城域光纤基础设施，进而满足了未来小型城域网及大型城域网汇接、接入层业务所需要的带宽，解决了光纤短缺和多业务透明传输两个问题。对于竞争区域的运营者有着比较大的吸引力，可以在短时间建设网络并开展业务。CWDM系统是一种适合宽带城域网使用的波分复用系统。目前，我国正在进行宽带IP网建设，及时采用CWDM技术可以降低成本，推动城域网建设的快速发展。

CWDM产品的现状、存在的问题和发展趋势 http://33tt.com/article/2005-10/725.htm

2005-10-26    沈成彬 上海市电信有限公司邵信科上海电信技术研究院    来源：北极星

  　　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、华为、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。
 
 　　本文简单介绍了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。
 
 　　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，所以激光器的结构大大简化，成品率提高。
 
 　　另外，较大的波长间隔意味着光复用器/解复用器的结构大大简化。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大大增加有利于竞争。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。具体情况前面已经介绍过了。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，我们邀请了华为、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支持点到点、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。
 
 　　3．一般支持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．很多厂商开始支持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，华为的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设备支持的光通道（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，消除了水吸收峰的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。
 
 　　支持各种业务接口是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。