Was ist DWDM in Netzwerken?

Von Streaming bis Cloud Computing: Privatanwender und Unternehmen sind weitgehend auf leistungsstarke Netzwerke angewiesen. Um den Bedarf an Hochgeschwindigkeits- und Großdatenübertragung zu decken, werden heute häufig Glasfaserkabel eingesetzt. Dichtes Wellenlängenmultiplex (DWDM) ist eine Schlüsseltechnologie in Glasfasersystemen und spielt in vielen Anwendungen eine unverzichtbare Rolle. Kennen Sie DWDM, wissen aber nicht, was es bedeutet? Dieser Artikel verrät Ihnen einige wichtige Informationen zu DWDM.

Was ist DWDM?

Bevor wir uns mit DWDM befassen, ist es wichtig, zunächst Wellenlängenmultiplex (WDM) zu verstehen. Multiplexing ist eine Technik, die es mehreren Signalen ermöglicht, dasselbe physikalische Übertragungsmedium zu nutzen, indem sie zu einem einzigen zusammengefasst werden. Herkömmlicherweise kann eine Glasfaser nur ein optisches Trägersignal übertragen, während die WDM-Technologie durch die Aktivierung mehrerer Wellenlängen die gleichzeitige Übertragung verschiedener optischer Trägersignale auf einer einzigen Faser ermöglicht. Dadurch kann die Nutzung der vorhandenen Netzwerkinfrastruktur effektiv maximiert und die Netzwerkkomplexität reduziert werden.

DWDM ist einer der Haupttypen von WDM. Dichtes WDM basiert auf präzisen und stabilen Lasern, um eng beieinander liegende Wellenlängenteilungen zu erreichen. Es bietet eine maximale Anzahl von Kanälen mit jeweils einer eigenen optischen Wellenlänge. Dadurch entstehen im Wesentlichen mehrere virtuelle Glasfasern zur Datenübertragung, was die Gesamtdatenkapazität der Glasfasern erheblich erhöht.

DWDM nutzt Wellenlängen im C-Band (1530 nm bis 1565 nm) und wurde auf das L-Band (1565 nm bis 1625 nm) erweitert. Typischerweise weist es Wellenlängenabstände von 0,4 nm oder 0,8 nm auf. DWDM unterstützt 40, 88, 96 oder sogar 160 Wellenlängen im C- und L-Band. Als Technologie für die Übertragung hoher Bandbreiten ermöglicht DWDM in Kombination mit optischen Verstärkern Übertragungsdistanzen von über 1000 km. Es bietet die ideale Lösung für die Datenkommunikation über große Entfernungen mit hoher Kapazität und hoher Geschwindigkeit.

Wie funktioniert DWDM?

Der Arbeitsprozess von DWDM kann sehr komplex sein. Hier finden Sie einen kurzen Überblick, der Ihnen die Grundlagen erläutert. DWDM funktioniert, indem mehrere optische Signale mit unterschiedlichen Wellenlängen mithilfe von Multiplexern in einer einzigen Faser kombiniert werden. Multiplexer können Wellenlängen mit hoher Dichte verarbeiten und so deren präzise Ausrichtung gewährleisten. Bei der Signalübertragung über große Entfernungen werden optische Verstärker eingesetzt, um die Signalverschlechterung zu reduzieren. Auf der Empfangsseite wird das kombinierte Signal mithilfe des Demultiplexers in einzelne optische Signale mit unterschiedlichen Wellenlängen aufgeteilt und an die Zieladressen übertragen.

Arbeitsmodi von DWDM

DWDM ermöglicht Vollduplex-Übertragung über Doppel- oder Einzelfasern. In einem unidirektionalen DWDM-System überträgt jede Faser optische Signale nur in eine Richtung, sodass zwei separate Fasern benötigt werden – eine zum Senden und eine zum Empfangen. Die Doppelfaserübertragung gewährleistet Interferenzen, und beide Fasern können mit derselben Wellenlänge betrieben werden. Bidirektionales DWDM ermöglicht sowohl das Senden als auch den Empfang von Signalen über eine einzige Faser mit unterschiedlichen Wellenlängen für jede Richtung. Die bidirektionale Einzelfaserkommunikation spart zwar Glasfaser- und optische Komponentenressourcen, erfordert aber höhere Präzision und modernere Geräte.

DWDM-Systemkomponenten

Ein DWDM-System besteht aus mehreren wesentlichen Komponenten, die zusammenarbeiten, um eine Datenübertragung mit hoher Bandbreite und hoher Kapazität zu ermöglichen. Hier ist die Aufschlüsselung einiger Schlüsselkomponenten:

• DWDM-Transceiver : Dieser optische Transceiver spielt eine entscheidende Rolle im Glasfasersystem. Er ist eine Kombination aus Sender und Empfänger. Die Senderkomponente wandelt die elektrischen Eingangssignale in optische Signale mit präzisen Wellenlängen um und sendet sie an den Multiplexer. Die Empfängerkomponente empfängt die demultiplexten optischen Signale und wandelt sie in elektrische Signale um.
• DWDM-Multiplexer und -Demultiplexer : Bevor das Signal in die Glasfaser gelangt, dient der Multiplexer dazu, optische Signale unterschiedlicher Wellenlängen zu einem einzigen Lichtstrahl zusammenzuführen. Der Demux wird am Ende der DWDM-Übertragung eingesetzt, um den Lichtstrahl wieder in verschiedene Wellenlängen aufzuspalten. Wellenlängenmultiplexer sind typischerweise passive Geräte, die Multiplexing und Demultiplexing in einem bidirektionalen Kommunikationssystem implementieren.
• Optischer Verstärker : Eine Glasfaser kann Daten in der Regel über 80 km übertragen, was für DWDM-Anwendungen manchmal nicht ausreicht. Ein optischer Verstärker wird in einem DWDM-System benötigt, um die Übertragungsdistanz zu verlängern. Gängige optische DWDM-Verstärker sind Erbium-dotierte Faserverstärker (EDFA) und Raman-Verstärker.
• Optischer Add/Drop-Multiplexer (OADM) : Ein optischer Add/Drop-Multiplexer kann in der DWDM-Verbindung eingesetzt werden, um optische Signale mit bestimmten Wellenlängen hinzuzufügen oder zu entfernen. Dieses Gerät vereinfacht die Installation, macht das DWDM-Netzwerk flexibler und verbessert seine Skalierbarkeit.
• Optischer Transponder : Er befindet sich üblicherweise zwischen dem DWDM-System und den Endgeräten. Durch einen optisch-elektrisch-optischen (OEO) Umwandlungsprozess kann eine Wellenlänge in eine andere, für bestimmte Anwendungen optimale Wellenlänge umgewandelt werden.

Vorteile der DWDM-Technologie

1. Superbandbreite : DWDM kann mehr als hundert Kanäle aufnehmen, was die Bandbreite deutlich erhöht. Die Datenkapazität jedes Glasfaserkabels in DWDM kann Terabit pro Sekunde erreichen.
2. Fernübertragung : DWDM nutzt Wellenlängenbänder mit minimalem Signalverlust und verlängert so die Übertragungsdistanz erheblich. DWDM kann für die städtische, multinationale und sogar interkontinentale Datenkommunikation eingesetzt werden und ermöglicht die globale Konnektivität über Glasfasernetze.
3. Skalierbarkeit : DWDM bietet hohe Skalierbarkeit für Glasfasernetze und ermöglicht die einfache Erweiterung neuer Dienste oder Kapazitäten durch Hinzufügen neuer Wellenlängen. Darüber hinaus kann DWDM mit zukünftigen Technologie-Upgrades ein breiteres Spektrum an Wellenlängenoptionen erweitern und eine höhere Bandbreite bereitstellen.
4. Kosteneffizienz : Die Implementierung von DWDM-Systemen reduziert die Kosten pro Datenbit erheblich. Darüber hinaus können durch die Integration von DWDM-Systemkomponenten in bestehende Glasfaserinfrastrukturen zusätzliche Kosten für Glasfaserverlegung, Bau und Personal eingespart werden.
5. Zuverlässigkeit : DWDM ist protokoll- und datenratenunabhängig und ermöglicht die gleichzeitige Übertragung von Datenströmen mit völlig unterschiedlichen Raten, Formaten und Eigenschaften über eine einzige Glasfaser. Es gibt keine Interferenzen zwischen den verschiedenen Strömen, und jede Wellenlänge im DWDM arbeitet unabhängig, was Datenintegrität und -stabilität gewährleistet. DWDM unterstützt die dynamische Rekonfiguration optischer Wellenlängenkanäle und bietet zusätzliche Leitungsredundanz, sodass das Netzwerk eine Selbstwiederherstellung erreichen kann.

Passives DWDM vs. Aktives DWDM

Passives DWDM arbeitet ohne aktive Geräte wie optische Verstärker. Es besteht aus passivem OADM und Multiplexern/Demultiplexern. Die Transceiver sind häufig in Switches eingebettet. Diese DWDM-Systeme eignen sich für Hochgeschwindigkeitskommunikationsleitungen und Stadtnetze. Sie sind zwar einfach zu installieren, kostengünstig und wartungsarm, jedoch weniger flexibel und skalierbar.

Aktives DWDM ist ein eigenständigeres System, das aktive Komponenten wie EDFA und DCM nutzt, um das Signal zu verstärken und Verzerrungen zu kompensieren. Diese für Weitverkehrsnetze konzipierten Systeme können mehr Wellenlängen abdecken und bieten einfache Steuerung und Skalierbarkeit. Allerdings können sie teurer und komplexer zu konfigurieren sein.

DWDM-Anwendungen

Als relativ fortschrittliche optische Übertragungstechnologie unterstützt DWDM eine breite Palette von Anwendungen, darunter Rechenzentrumsnetzwerke, Weitverkehrsübertragung und Metropolitan Area Networks (MANs).

DWDM-Systeme ermöglichen die Fernübertragung über Städte, Regionen und sogar Länder hinweg. Das DWDM-System ermöglicht es Dienstanbietern, Kabel- und WLAN-Internet anzubieten. Es unterstützt paketierte Sprache und Multimedia-Streaming. In städtischen Netzwerken sind SANs und SONET-Migration zwei der wichtigsten DWDM-Anwendungen.

DWDM vereinfacht das Netzwerkmanagement in dichten Rechenzentren erheblich, indem es die gleichzeitige Übertragung von Audio, Video und Daten unterstützt. Managed- und Cloud-Service-Provider setzen auf die hohe Bandbreite von DWDM. DWDM spielt auch eine wichtige Rolle bei der Rechenzentrumsverbindung (DCI) und ermöglicht die Übertragung hoher Kapazitäten über große Entfernungen.

Hinweis: DWDM und CWDM

Grobwellenlängenmultiplex (CWDM) ist eine weitere gängige WDM-Technologie, die im 1271–1611 nm-Band arbeitet. Sie ähnelt DWDM, die Wellenlängenkanäle sind jedoch gröber unterteilt und weisen einen größeren Wellenlängenabstand von typischerweise 20 nm auf. Daher bietet CWDM nur Platz für bis zu 18 Kanäle, was im Vergleich zu DWDM eine deutlich geringere Kapazität bedeutet. CWDM ist nicht mit optischer Verstärkungstechnologie kompatibel, daher ist die Übertragungsdistanz begrenzt und eignet sich nur für Kurzstreckenanwendungen wie Unternehmens-DCI und Ballungsräume.

Als einfachere und kostengünstigere Technologie zeichnet sich CWDM durch geringere Bereitstellungskosten aus und kann weniger präzise Fasern und Komponenten aufnehmen. Daher eignet es sich für den ersten Netzwerkaufbau. Im Gegensatz dazu ist DWDM eine zukunftsorientierte Lösung, die mehr Wellenlängenkanäle, höhere Raten und Bandbreiten sowie längere Übertragungsdistanzen unterstützt. DWDM gleicht seinen Budgetnachteil gegenüber CWDM aus und ist eine lohnende Investition, wenn Sie mehr Wachstumspotenzial benötigen.

Abschluss

Das DWDM-System verbessert die Glasfaserübertragung durch Multiplexen zahlreicher Lichtwellenlängen. Dank seiner Fähigkeit, ultrahohe Kapazitäten und große Entfernungen zu ermöglichen, nimmt DWDM einen unersetzlichen Platz in der Glasfaserkommunikation ein.

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