CWDM vs. DWDM: Hauptunterschiede

Aug 07, 2023

Grobes Wellenlängenmultiplex (CWDM) ist eine Art Wellenlängenmultiplex, das im Allgemeinen für die optische Übertragung über kürzere Entfernungen eingesetzt wird. Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) hingegen ist eine optische Übertragungstechnologie, die zahlreiche Lichtwellenlängen nutzt, um mehrere Datenströme auf einer einzigen Glasfaser zusammenzuführen und über größere Entfernungen zu übertragen.

CWDM-Wellenlängen vs. DWDM-Wellenlängen

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Aber was genau ist Wellenlängenmultiplex (WDM)? Bevor wir uns mit WDM befassen, sollten wir zunächst verstehen, was eine Wellenlänge ist.

Das Wort „Optik“ in „Faseroptik“ gibt uns eine gute Vorstellung vom Mechanismus, der in dieser Technologie verwendet wird. Das Signalmedium der Glasfaser ist Licht oder, wenn wir wissenschaftlicher denken, elektromagnetische Strahlung.

Einfach ausgedrückt wird eine Wellenlänge verwendet, um den Abstand zwischen zwei Photonen in einem festen Lichtstrahl zu messen, während die Frequenz die Zeit zwischen zwei Signalen misst. Betrachten Sie diese beiden Begriffe als die beiden Seiten einer Medaille – eine kürzere Wellenlänge bedeutet weniger Zeit zwischen den Signalen und damit eine höhere Frequenz.

Daher kann die Wellenlänge oder Frequenz einer beliebigen Lichtquelle verwendet werden, um die physikalischen Grenzen ihrer Verwendung für die Signalverarbeitung abzuschätzen. Signale, die schneller als die Strahlfrequenz sind, können nicht verwendet werden, und wir können auch keine Geräte verwenden, die kleiner als die Wellenlänge sind.

Neben diesen Faktoren ist die Wellenlänge auch nützlich, um zu untersuchen, wie Licht mit einem Objekt interagiert. Da bei der Glasfaserkommunikation Laser zum Übertragen von Daten über große Entfernungen zum Einsatz kommen, ist die Untersuchung solcher Wechselwirkungen bei der Entwicklung von Glasfasern wichtig.

Beim Wellenlängenmultiplex (WDM) wird ein Multiplexer (auch Datenselektor genannt) verwendet, um zahlreiche unterschiedliche Datenströme zu kombinieren und sie in Lichtwellenlängen umzuwandeln. Diese Wellenlängen werden über Glasfaser übertragen und dann auf der Empfängerseite demultiplext, wo sie wieder in Datenströme aufgeteilt werden.

Einfach ausgedrückt ermöglicht WDM die Übertragung zahlreicher unterschiedlicher Signale über eine Faser mit unterschiedlichen Lichtfarben. Dadurch erhöht sich die Datenmenge, die gesendet und empfangen werden kann. WDM unterstützt auch die bidirektionale Übertragung und den Empfang von Informationen und ermöglicht so den Benutzern das gleichzeitige Senden und Empfangen von Daten über eine Glasfaser.

Die „verschiedenen Farben des Lichts“ müssen nicht visuell gemessen werden, da sie anhand von Frequenz und Wellenlänge beschrieben werden können. Die Frequenz definiert die Anzahl der Zyklen einer Lichtwelle in einer Sekunde. Andererseits definiert die Wellenlänge den physikalischen Raum zwischen zwei Spitzen in der Welle.

Materialunterschiede können die Geschwindigkeit bestimmen, mit der sich Licht ausbreitet. In einem Vakuum wie dem Weltraum bewegt sich Licht mit einer konstanten Geschwindigkeit von 299.792.458 Metern pro Sekunde. Dieser Wert wird mit dem Buchstaben „c“ bezeichnet.

Im Fall von Glasfasern bewegt sich Licht langsamer, etwa um das 0,7-fache „c“. Mithilfe von Frequenz und Wellenlänge lässt sich die Geschwindigkeit berechnen, mit der sich Licht in einer Faser ausbreitet. In realen Systemen wie WDM ist die Datenrate nicht so hoch wie die Frequenz der Trägerwelle.

Nachdem wir nun ein grundlegendes Verständnis von WDM und seiner Funktionsweise haben, erfahren wir mehr über CWDM und DWDM.

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Als Teilmenge von WDM überträgt das grobe Wellenlängenmultiplex (CWDM) mehrere Signale über eine einzige Faser mit unterschiedlichen Lichtfarben.

Vor 2002 bezog sich CWDM auf zahlreiche verschiedene Kanalkonfigurationen. Seitdem hat die Internationale Fernmeldeunion (ITU) jedoch ein spezifisches Kanalabstandsraster für CWDM standardisiert. Heute nutzt CWDM gezielt Wellenlängen zwischen 1.270 nm und 1.610 nm mit einem Kanalabstand von 20 nm.

In diesem neuen Standard waren Erbium-dotierte Faserverstärker (EDFAs) eingeschränkt, da der Abstand der Signale für die Verstärkung nicht geeignet war. Dies bedeutet, dass die gesamte optische CWDM-Spanne bei einem 2,5-Gbit/s-Signal etwa 60 km beträgt, was es ideal für städtische Anwendungen macht. Auch die Anforderungen an die optische Frequenzstabilisierung wurden in dieser Norm gelockert, sodass die Kosten von CWDM-Komponenten denen von Nicht-WDM-Komponenten näher kommen.

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Wie CWDM funktioniert Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM), indem es die Übertragung vieler verschiedener Signale (z. B. Telefonanrufe, Internetdaten und Videostreaming) in einer Glasfaser kombiniert und dabei unterschiedliche Farben oder Wellenlängen des Lichts verwendet.

DWDM ist eine Teilmenge von WDM, die typischerweise das Spektrumband von 1.530 nm bis 1.625 nm oder häufiger das C-Band und das L-Band nutzt, um 40, 88, 96 oder 160 Kanäle oder Wellenlängen in einen Glasfaserstrang einzugeben.

Die „Dichte“ bei DWDM entsteht durch die Verwendung engerer (oder dichterer) Wellenlängenabstände, um mehr Kanäle unterzubringen. Dadurch bleibt für jeden Kanal nur noch eine Breite von etwa 0,8 nm übrig. Dies steht im direkten Gegensatz zu CWDM, wo ein größerer Frequenzbereich verwendet wird und die einzelnen Kanäle weiter voneinander entfernt sind. Wie oben festgestellt, sind CWDM-Kanäle typischerweise 20 nm breit, was bedeutet, dass DWDM eine größere Anzahl von Kanälen und viel mehr Informationen in einem einzigen Glasfaserkabel unterbringen kann.

DWDM unterstützt auch den speziellen EDFA und ermöglicht so die Verstärkung der über die Glasfaser übertragenen Signale. DWDM ist ideal für die Übertragung verschiedener Signale über dieselbe Glasfaser, und EDFA erweitert diese Funktionalität durch die gleichzeitige Verstärkung mehrerer Signale. EDFA funktioniert am besten im 1550-nm-Band, weshalb dieses Band im Allgemeinen für DWDM verwendet wird.

Mithilfe von DWDM können Unternehmen den Durchsatz ihrer Glasfasernetzwerke steigern und so mehr Daten übertragen, ohne die restliche Netzwerkhardware austauschen zu müssen. Auch hier spielt EDFA eine Rolle – da es verschiedene Signale gleichzeitig verstärken kann, können Unternehmen mit demselben Verstärker weitere Signale zur Glasfaser hinzufügen.

Letztendlich führt DWDM zu einer effizienteren Nutzung von Glasfasernetzen und senkt die Kosten, indem das volle Potenzial der vorhandenen Netzwerkausrüstung ausgeschöpft wird.

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Sowohl CWDM als auch DWDM unterstützen die Übertragung von Daten-, Video- und Sprachsignalen über große Entfernungen. Beide Technologien optimieren die Netzwerkleistung. Sie unterscheiden sich jedoch in einigen wesentlichen Punkten.

Das Wort „grob“ bezieht sich in CWDM auf den Abstand der Wellenlänge zwischen Kanälen. Im Vergleich zu den dichter gepackten DWDM-Wellenlängen nutzt CWDM Lasersignale, die sich in Schritten von 20 nm unterscheiden.

CWDM kann 18 Kanäle mit Wellenlängen von 1.610 nm bis 1270 nm unterstützen. Ein System kann bis zu 8 Kanäle unterstützen, von denen jeder Datenraten von bis zu 10 Gbit/s unterstützt.

Ein wesentlicher Unterschied in der Funktionsweise von CWDM und DWDM ist der „chromatische Abstand“. DWDM kann mehr Daten senden und empfangen. Die geringeren Wellenlängenunterschiede verringern jedoch die Signaltoleranz und erfordern ein weitaus präziseres Laserdesign. Aus diesem Grund sind DWDM-Kabel viel teurer als CWDM-Kabel.

Der Wellenlängenabstand von 0,4 nm von DWDM bedeutet, dass es eine dichtere Signalpackung unterstützen kann, daher der Name.

Diese verbesserte Dichte ermöglicht eine Datenübertragung mit Raten von bis zu 100 Gbit/s.

Unter der Annahme von 160 Kanälen pro Glasfaserkabel, wobei jeder Kanal 100 Gbit/s an Daten übertragen kann, kann jedes DWDM-Glasfaserkabel im Wesentlichen eine Kapazität von etwa 1,6 Tbit/s unterstützen.

Mux/Demux ist die Komponente, die verschiedene Kanäle auf einer ausgehenden Glasfaser kombiniert und dieselben Kanäle von einer eingehenden Glasfaser empfängt. Es trennt die Kanäle in einzelne Wellenlängen und liefert sie jeweils an die erforderliche lokale Schnittstelle. Durch dieses Verfahren ist eine Kapazitätserweiterung der bestehenden Netzwerkfaser möglich.

Ablegen/Einfügen stellt zwei lokale Schnittstellenports bereit. Ein Port entfernt einen Kanal einer bestimmten Wellenlänge in einer Richtung aus der Faser. Der zweite Port fügt den gleichen Kanal in entgegengesetzter Richtung wieder zur Faser hinzu. Diese Komponente unterstützt zwei unterschiedliche Pfade, die in entgegengesetzte Richtungen verlaufen. Dies hat mehrere Anwendungsfälle – zum Beispiel hilft es Benutzern, auch bei Unterbrechungen ein funktionsfähiges Netzwerk mit Ringtopologie sicherzustellen.

Endlich,Drop/Pass Entfernt einen einzelnen wellenlängenspezifischen Kanal aus der Glasfaser, sodass die anderen Kanäle direkt zu anderen Netzwerkknoten weitergeleitet werden können. Wenn diese Komponente den Kanal verlässt, werden die Daten an eine lokale Schnittstelle gesendet. Hierbei wird derselbe Kanal zur Übertragung an das Drop/Pass-Modul zurückgesendet und so eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen der lokalen Schnittstelle und dem anderen Gerät hergestellt.

Diese drei CWDM-Komponenten arbeiten zusammen, um eine effizientere Netzwerkkommunikation zu ermöglichen.

Werfen wir einen allgemeinen Blick auf den DWDM-Datenübertragungsprozess und die Funktion jeder Komponente innerhalb des Systems.

1. Der Datenstrom wird über den Router empfangen und dem als Input zugeführtTransponder.

2. Im Transponder wird das Signal auf eine DWDM-Wellenlänge abgebildet und an den übertragenMuxum das optische Signal zu konsolidieren.

3. Während das Signal den Mux durchläuft,optische VerstärkerVerstärken Sie das Signal, sodass es über größere Entfernungen übertragen werden kann.

4. Während des Transports,optische Add/Drop-Multiplexer (OADM) sind für das Hinzufügen und Entfernen von Bitströmen bestimmter Wellenlängen verantwortlich. Zusätzliche Verstärker können ebenfalls eingesetzt werden, um die Signalentfernung weiter zu erhöhen.

5. Schließlich erreicht das Signal dasDemuxen und wird in einzelne DWDM-Wellenlängen „demultiplext“. Diese Wellenlängen werden durch den Transponder übertragen und in die entsprechenden Signale umgewandelt, bevor sie an ihren endgültigen Bestimmungsort weitergeleitet werden.

Die Verwendung von CWDM wird auch in gesehenTransceiver wie Gigabit-Schnittstellenkonverter (GBIC) und SFP-CWDM-Optik. Diese Systeme nutzen standardisierte CWDM-Wellenlängen für den wellenlängenmultiplexten Transport über Glasfaser.

Passives CWDM verbraucht keinen Strom. Diese CWDM-Implementierung wird häufig verwendet inGlasfaser bis zum Gebäude (FTTP)Anwendungen zusammen mit passiven optischen Komponenten wie Prismen und Bandpassfiltern.

Insgesamt konzentrieren sich CWDM-Anwendungen auf die Unterstützung einer effizienten und kostengünstigen Übertragung von Daten-, Video- und Sprachsignalen.

Das Wachstum von CWDM hat sich aufgrund von DWDM nicht verlangsamt; Tatsächlich entwickelt es sich ständig weiter und wird als wirtschaftlichere Option für spezielle Anwendungen wie optische Routing- und Transportgeräte eingesetzt.

DWDM wird typischerweise in protokollunabhängigen und sicheren Anwendungen mit großer Reichweite und hoher Bandbreite eingesetzt. Es ist zum Beispiel das System der Wahl fürTelekommunikations- und Kabelunternehmenund wird häufig in der Carrier-Transport-Vernetzung eingesetzt.

Carrier-Transportnetze umfassen im Allgemeinen mehrere Aggregationsebenen, die als Zugangsnetzwerk, Edge-Netzwerk, Core-Backbone-Netzwerk und Metro-Aggregationsnetzwerk bekannt sind. DWDM wird hauptsächlich in Core-Backbone-Netzwerken und Metro-Aggregationsnetzwerken verwendet.

InMetro-Aggregationsnetzwerke , DWDM wird verwendet, um Daten von mehreren geografischen Standorten zu kombinieren. Heutzutage streben Dienstanbieter ständig danach, die Rechenkapazitäten den Endbenutzern näher zu bringen, eine Anwendung, für die DWDM aufgrund seiner Flexibilität und der Fähigkeit, eine höhere Bandbreitenaggregation bereitzustellen, nützlich ist. Es wird daher verwendet, um mehr Daten für die Datenverarbeitung in einem einzigen Knoten zusammenzuführen.

DWDM ist auch ideal für den Einsatz imKern-Backbone-Netzwerk, wo es häufig zu einer Hochgeschwindigkeitsvermittlung großer Datenmengen zwischen großen Zentralbüros in verschiedenen Regionen kommt.

Schließlich wird DWDM häufig in verwendetRechenzentren mit hohem Durchsatz wie Hyperscale-Cloud-Zentren und Colocation-Rechenzentren. Denn diese Technologie kann zahlreiche Dienste mit unabhängigen Mietern kombinieren. Darüber hinaus werden Rechenzentren zunehmend geografisch verteilt, was DWDM beliebt machtRechenzentrumsverbindung (DCI).

CWDM-Systeme verwenden im Allgemeinen 8, 16 oder 32 Kanäle, während DWDM-Systeme bis zu 96 Kanäle unterstützen können. Dies könnte dazu führen, dass DWDM objektiv besser aussieht; Jedoch,Nicht jede Anwendung erfordertso viele Kanäle (und die damit verbundenen zusätzlichen Kosten).

CWDM verwendet außerdem breitbandige optische Filter und ungekühlte Distributed-Feedback-Laser (DFB), was die Kosten senkt undverringern Sie die Verlustleistung und Größe. Passives CWDM geht einen Schritt weiter und nutztNull elektrische Leistung, stattdessen werden passive optische Komponenten zur Trennung der Wellenlängen verwendet.

SogarDie Aktualisierung von CWDM-Systemen ist einfachund wirtschaftlich, da nur die Kombination von Mux/Demux-Filtern erforderlich ist, ohne dass Dispersionskompensationsmodule oder optische Leistung angepasst werden müssen.

Die von CWDM angebotene „Pay-as-you-grow“-Architektur ermöglicht es Benutzern, ihre Systeme einfach zu erweitern, ohne dass bestehende Verbindungen unterbrochen werden müssen.

Wie CWDM kann auch DWDM seinEinsatz auf vorhandener Glasfaser, was bedeutet, dass es die Datenübertragungskapazität von Unternehmensnetzwerken erhöhen kann, wenn Durchbrüche in der optischen Technologie erzielt werden.

Obwohl DWDM teurer ist als CWDM, ist es dennoch teurerwirtschaftlicherein DWDM-System bereitzustellen, anstatt mehrere hundert Meilen neuer Glasfaserkabel zu installieren, um größere Datenmengen über mehrere Staaten, Länder oder sogar Ozeane zu übertragen.

Darüber hinaus ist DWDMBitraten- und Protokollunabhängig weil Daten über einzelne Wellenlängen fließen und es keine Interferenzen zwischen den Kanälen gibt. Dadurch kann DWDM verschiedene Datentypen wie Video, Text und Sprache über ein einziges Glasfaserkabel übertragen.

Diese Nicht-Interferenz-Qualität von DWDM auchfördert die Datenintegritätund ermöglicht die Benutzertrennung sowie weitere Varianten der Partitionierung.

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Sowohl CWDM als auch DWDM bieten einzigartige Vorteile, sind jedoch nicht unbedingt Konkurrenztechnologien. Vielmehr ergänzen sie einander und spielen in der optischen Vernetzung eine gleich wichtige, wenn auch unterschiedliche Rolle.

CWDM ist flexibel und kann zur Kapazitätserweiterung von Glasfasernetzwerken eingesetzt werden. Im Vergleich zu DWDM ist es kompakt und kostengünstig. Es ist jedoch nicht ideal für Konfigurationen, die spektrale Effizienz oder Datenübertragung über Entfernungen über 50 Meilen erfordern.

CWDM kann passive Hardwarekomponenten nutzen. Es wird für mehrere Anwendungen eingesetzt. Beispielsweise kommt es häufig in Unternehmensnetzwerken für Punkt-zu-Punkt-Topologiesysteme und Telekommunikationszugangsnetzwerke vor. Im Allgemeinen eignet sich CWDM gut für Anwendungen mit kurzer Reichweite und Konfigurationen, die weniger Kanäle erfordern.

CWDM wird auch für Unternehmensanwendungen bevorzugt, bei denen niedrigere Kosten, einfachere Hardwareanforderungen und ein geringerer Stromverbrauch Priorität haben. CWDM ist beispielsweise für lokale Netzwerke (LAN) nützlich. Hier wird CWDM gegenüber DWDM bevorzugt, da es typischerweise weniger Strom benötigt und energieeffizienter ist.

Auch Rechenzentren sind ein guter Anwendungsfall für CWDM, da sie Verbindungen mit hoher Kapazität und geringer Latenz innerhalb des Geländes benötigen, typischerweise zwischen Speichersystemen und Servern. Hier stellt CWDM die erforderliche Konnektivität mit hoher Kapazität bereit, ohne dabei so kostenintensiv und schwierig zu verwalten zu sein wie DWDM. Ähnliche Vorteile machen CWDM auch für industrielle Anwendungen wie die Verbindung von Steuerungssystemen mit entfernten Sensoren nützlich.

Umgekehrt ist DWDM ideal für Netzwerke, die eine größere Kanalkapazität und höhere Geschwindigkeiten erfordern, sowie für Anwendungen, die Verstärker für die Datenübertragung über größere geografische Entfernungen benötigen. Auch wenn DWDM-Hardware nicht billig ist, ist sie dennoch wirtschaftlicher als der Einsatz neuer Glasfasernetze.

Wenn ein Unternehmen eine Verbesserung seiner Kapazität und Serviceraten benötigt, hat es zwei Möglichkeiten: hohe wiederkehrende Kosten für Mietleitungen zu zahlen, die Konnektivität mit höheren Datenraten unterstützen, oder eigene DWDM-Systeme in vorhandenen optischen Netzwerken bereitzustellen und zu verwalten.

Für Letzteres besteht eine erhöhte Nachfrage, da immer mehr Unternehmen versuchen, die Netzwerkkapazität durch optische DWDM-Netzwerkanwendungen zu erhöhen. Diese Anwendungen werden auch zur Maximierung der Glasfaserkonnektivität zwischen Standorten genutzt. DWDM ist eine praktikable Lösung für Unternehmen, die eine skalierbare On-Demand-Bandbreite suchen.

Unabhängig davon, ob sich ein Benutzer letztendlich für CWDM oder DWDM entscheidet, erhält er Zugang zu den Vorteilen optischer Netzwerke. Beide spielen eine Schlüsselrolle in den mehrschichtigen Netzwerken, die im heutigen Unternehmensbereich beliebt sind. Sie tragen dazu bei, das Spektrum herkömmlicher steckbarer Optiken zu erweitern, indem sie Rechenzentren und Tethering-Standorte innerhalb eines Gewerbegebiets oder Campus, über Metropolregionen, zwischen Städten oder Bundesstaaten und sogar über Landesgrenzen hinweg miteinander verbinden.

Daher sind sowohl CWDM als auch DWDM in Anwendungen im öffentlichen Sektor, im Gesundheitswesen, bei Versorgungsunternehmen, im Finanzwesen, in Unternehmen und in Rechenzentren beliebt. Generell gelten optische Netzwerke auch als ideale Lösung für geschäftskritische Netzwerke.

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Bildquelle: Shutterstock

Technischer Schreiber