CWDM技术在城域网中的应用

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CWDM技术在城域网中的应用
编辑：山东莱芜钢铁集团动力部 周志敏 发文时间：2003.06.13 11:14:07
摘要：本文通过对几种城域网构建技术的比较，分析CWDM技术在系统成本、性能及可维护性等方面的优势,其正逐渐成为今后日益增长的城域网市场中的主流技术。探讨了CWDM在城域网建设方面的应用方案。
关键词：城域网 CWDM 技术优势 网络建设
1.概述
城域网原是与局域网和广域网相对应的计算机网络的概念,数据通信和电信技术的发展赋予城域网新的内涵,将城域网的概念延伸到整个通信网络,泛指运营商在城市及其郊区范围内提供多种业务的所有网络。它以宽带光传输为开放平台。各类网关实现话音、数据、图像、多媒体、IP接入合各种增值业务及智能业务,并与各运营商的长途网和公用电话交换网（PSTN）互通的本地宽带综合业务网。城域网与广域网的主要区别在于城域网的业务范围不仅有话音,还有数据和图像,是全业务网络。城域网需要支撑各种客户层信号,而且要能很快地提供客户层信号所需的带宽。局域网的地域限制使各行各业形成了一个个信息孤岛,广域网的带宽限制又使信息高速公路上的宽带应用大打折扣,核心问题可归结为带宽与距离的矛盾。而城域网则是解决带宽和增加网络覆盖范围的很好方法,这使得城域网成为未来最具发展潜力的网络系统。
简单地说，城域网覆盖大约2公里到150公里的范围，是城市中作为局域网互连的高速网络，通常又分为城域网接入部分及城域网核心部分。各个城市的城域网最终再透过更大范围的广域网络骨干相互衔接，最终形成一个全国或全世界规模的无所不在的网络。
目前，SDH和 DWDM (Dense Wave Divisionmultiplexer, 密集波分复用)体制在全世界的电信网上得到了规模应用。无疑，所有刺激光网络发展的原因可以归结到一点：那就是以Internet为立足点的数据业务正在蓬勃发展。出于竞争的需要，中国的各大运营商纷纷建设各自的光网络。为了进一步刺激数据业务增长，解决长途骨干网和接入网之间的“断层现象”，国内各大运营商都提出了各自的城域网实施方案，采用的数据类产品包括路由器、ATM交换机、以太网交换机等。
宽带城域网的建设正成为电信建设的热点。由于DWDM技术的巨大带宽和传输数据的透明性,人们自然希翼能把DWDM作为城域网中的传输平台。在长途传输中,由于DWDM采用了EDFA（掺铒光纤放大器）将光信号直接放大,节省了大量的电中继设备,从而节约了成本。但由于EDFA平坦增益带宽较窄和它本身某些增益特性的限制,人们不得不采用高波长稳定度的激光器和密集波分复用器和解复用器,并且在整个线路上进行光功率均衡；此外,由于电中继传输距离加长,对激光器的色散容限和啁啾特性也提出了很高的要求。这些技术的应用又提高了系统成本。尽管这些高性能的器件和部件价格昂贵,由于广域网传输距离很长,DWDM系统中多个波长通道共用光纤和放大器,仍然可以大幅度降低成本。
而在城域网由于传输距离短（一般100公里以内）,不需要使用放大器,增加一根光纤成本也不高,如果简单采用和广域网一样的DWDM设备,无疑将得不偿失。解决的方法是采用CWDM（Coarse WDM, 稀疏分复用）技术。
2.城域网建设的技术比较和选择
在城域通信网骨干网络的建设中，目前基本上都采用光缆作为传输介质。采用光缆作为传输介质的主要光传输技术有SDH、ATM、WDM、DPT及千兆以太网技术。目前，这五种技术在国内的各个城市的城域通信网骨干网络的建设中都有应用。下面，大家将分析比较上述五种网络技术在城域通信网络建设中的应用特点。
从OSI的角度来看，上述五种技术都属于物理层与数据链路层（不一定吻合，但可进行对应，如ATM有自己的分层模型）技术，从本质上讲，SDH与WDM都只是传输系统，应归入物理层。POS技术只是对在SDH帧结构中点到点的VC（虚容器）数据块进行了PPP封装以及扰码处理，属于点到点的传输技术。目前在SDH之上运行IP（IP over SDH）或称为POS（Packet over SDH）是运营商在骨干网的主要技术。但系统相对复杂（包括了PHYSICAL、SECTION、LINE、PATH四个层次），链路开销大（段开销、线开销、通道开销共占整个信道的近5%）等缺点，系统成本比较高，目前主要用于骨干链路。
IP over ATM在97年左右非常热门，由经典的IPOA到MPOA再到IP Switch、Cisco的标记交换，最后形成了MPLS。但随着IP的普及以及千兆以太网的推出，ATM必将没落。因为其成本实在是太高昂了，根据ATM的设计，其可直接运行于裸纤之上，但具体实现时，都将其运行在SDH之上，以利用其成熟的硬件实现。而ATM为实现快速、无阻塞的Cell转发所采用的大规模交换网络（包括白切尔混合网络、陷阱网络、蓉树交换网络等）更为昂贵。同时因为“信元税”（9.4%的信元头开销），传输效率更低。
DPT（Dynamic Packet Transcation）是Cisco所提出的一种基于光传输网络的子网传输技术，具有简洁而高效率的MAC层，稳定的物理层。兼有以太网的简单与高效和SDH的环网自愈能力，因而目前也有很多的应用。但DPT仍然是Cisco的专利技术，目前只有Cisco支撑，所以在成本与大规模部署方面还有很大的障碍，一旦部署，就很难降低总拥有成本。
千兆以太网（GE：Gigabit Ethernet）由以太网技术发展而来，具有简单，成熟，可靠，应用范围广，支撑厂商多等优点；当然也有诸如QoS难以保障，用户控制能力弱等问题。IP技术、千兆交换和多层交换技术的不断发展，结合光纤传输技术的进步，给城域网络设计的观念上带来了一个全新的变革。采用具有多层交换能力的多功能千兆交换机为骨干，千兆交换机或百兆交换机为主体，以IP协议为信息承载协议，构造一个城域宽带IP光纤网已经成为一种高性能、低成本、极具发展前景的网络建设方案。
IP OVER WDM是光层复用技术，每波通道均是透明的光通道。GE OVER WDM的解决方案可以在一对光纤上提供几十个千兆位的通信带宽和快速的网络自愈能力，而且具有以太网的简易性，与其它类似速率的通信技术相比，具有价格低廉的特点。与SDH技术相比，作为城域骨干网技术，IP OVER WDM技术具有更大的价格优势和性能优势，不需要特殊的格式转换，因此网络效率是最高的。主要城域网络技术运行IP 时的主要指标比较见表1。
表1主要城域网络技术运行IP 时的主要指标比较


3.城域网对波分复用(WDM)技术的需求
首先是成本需求。众所周知,城域网的用户群相对长途网络较小,如果按照用户数量分摊成本,城域WDM技术占不到任何优势。考虑其它技术来降低用户成本,WDM技术才可能更有发展潜力。城域网的传输距离较短,可以利用减少光纤放大器数目的办法初步降低设备成本。但这还是远远不够的,必须在系统内部找原因,减少关键部位的技术成本。
其次是承载业务的灵活性需求。城域网的业务复杂多样,带宽颗粒分布几乎没有严格的规律及可预见性,对传输系统的适应性要求很强。而长途波分系统提供的波长通道一般为2.5G或10G。
最后是业务的可靠性及质量保证措施需求。由于城域网中的业务特别是数据业务大都没有QoS保障,需要系统在光层全面考虑。
由于城域网范围传输距离通常不超过 l00km, 系统对单模光纤的传输衰减要求不高,也不需要使用光纤放大器。这样这可以使用1200-1700nm的宽窗口,将相邻波长间隔放宽到10或20nm同样可以构成数十路的波分复用系统。这就是稀疏分复用（CWDM）系统。由于没有光放大器,波长数的增加和扩展也不再受光放大器频带的限制,可以容许使用波长间隔较宽、波长精度和稳定度要求较低的光源、合波器、分波器和其他元件,使元器件特别是无源器件的成本大幅度下降,城域网系统对WDM技术的的成本需求是很低的。
CWDM（稀疏分复用），顾名思义，是密集波分复用的近亲，它们的区别主要有二点：一是CWDM载波通道间距较宽，因此，同一根光纤上只能复用5到6个左右波长的光波，“稀疏”与“密集”称谓的差别就由此而来；二是CWDM调制激光采用非冷却激光，而DWDM采用的是冷却激光。冷却激光采用温度调谐，非冷却激光采用电子调谐。由于在一个很宽的波长区段内温度分布很不均匀，因此温度调谐实现起来难度很大，成本也很高。CWDM避开了这一难点，因而大幅降低了成本，整个CWDM系统成本只有DWDM的30%。CWDM是通过利用光复用器将在不同光纤中传输的波长结合到一根光纤中传输来实现。在链路的接收端，利用解复用器将分解后的波长分别送到不同的光纤，接到不同的接收机。CWDM的信道间隔为20nm，而DWDM的信道间隔从0.2nm 到1.2nm，所以相对于DWDM，CWDM称为稀疏波分复用技术。
CWDM用很低的成本提供了很高的接入带宽，适用于点对点、以太网、SONET环等各种流行的网络结构，特别适合短距离、高带宽、接入点密集的通信应用场合，如大楼内或大楼之间的网络通信。尤其值得一提的是CWDM与PON（无源光网络）的搭配使用。PON是一种低价的、一点对多点的光纤通信方式，通过与CWDM相结合，每个单独波长信道都可作为PON的虚拟光链路，实现中心节点与多个分布节点的宽带数据传输。
目前，有几家企业正推出与CWDM相关的产品。LuxN企业出品的WideWav系列CWDM模块支撑8个CWDM信道，或者支撑4个CWDM信道加16个DWDM信道。时代华纳企业已与LuxN企业签署长期采购协议，用包含WideWave模块的WavSystem DWDM设备在纽约、俄亥俄等地部署千兆以太网。Ocular企业推出的采用CWDM技术的产品有OSX-6000和OSX-1000两个系列的交换机，其最大特色在于能为高端用户提供专用波长信道服务和SAN服务。
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。业内专家指出，CWDM目前尚存在以下4点不足：
（1）        CWDM在单根光纤上支撑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DMDM相应设备的简单改型；
（3）        CWDM还未形成国际标准。
DWDM的收发设备要比CWDM系统的同类产品贵四、五倍,DWDM的收发设备价格高与激光器的许多因素相关。CWDM的激光器与DWDM激光器制造上的波长容差是一个非常关键的因素,DWDM激光器的波长容差的典型值为±0.1nm。然而CWDM激光器的波长容差却高达±2－3nm。另外,激光片的成品率低也增加了DWDM激光器的造价。此外,带Peltier冷却设备和热敏电阻的蝶形DWDM激光器要比无冷却的同轴CWDM激光器贵得多。
CWDM系统采用的DFB激光器不需要冷却,当CWDM系统工作在0℃到70℃的温度范围内,其激光器的波长一般会有6nm的漂移。这个波长漂移再加上激光器生产过程造成的±3nm波长变化,总共大约有±12nm的变化。这样就要求光滤波器的通带和激光器信道间距必须足够宽。在这些系统中,在信道带宽为13nm的情况下信道间距一般为20nm。当复用的信道数为16或者更少时,在成本、功耗要求和设备尺寸方面,CWDM系统比DWDM系统更有优势。
CWDM最大的特点即是对波分复用设备系统要求不高。CWDM无须选择成本昂贵的密集波分解复用器和EDFA,只须采用便宜得多的多通道激光收/发器作为中继,因而成本下降。在地理范围不是特别大、数据业务发展不是非常快的城市,具有良好的应用价值。4.CWDM技术优势
4.1低成本
在同一根光纤中传输的不同波长之间的间距是区分DWDM和CWDM的主要参数。DWDM系统的波长间距一般为200GHz(1.6nm),100GHz(0.8nm)或50GHz(0.4nm),将来的系统中可能会有更窄的间距。在DWDM系统中,采用DFB（分布反馈）激光器作为光源,后者的温度漂移系数为0.08nm/℃,它需要采用冷却技术来稳定波长,以防止由于温度变化波长漂移到复用器和解复用器的滤波器通带之外。
CWDM技术充分利用了城域网传输距离短的特点,不必受 EDFA放大波段的限制,而是可以在 1310-1560 nm的整个光纤传输窗口上,比DWDM系统宽得多的波长间隔进行波分复用。由于波长间隔宽、传输距离短,CWDM无须选择价格昂贵的高波长稳定度和高色散容限的激光器,这可以大幅度降低激光器成本。此外,CWDM无须选择成本昂贵的密集波分解复用器和复用器,只须选择低价的稀疏分复用器和解复用器；无须采用比较复杂的控制技术以维护较高的系统要求；无须采用 EDFA,只须采用便宜得多的多通道激光收/发器作为中继。由于器件成本和系统要求的降低,使得 CWDM系统的造价比DWDM系统有大幅下降。
在CWDM系统中,相邻波长通道的间隔放宽到20nm,这就有可能将各个部件的容错范围放大,可以使用低价的复用器、解复用器、插/分设备和交换机。例如,DWDM解复用的薄膜滤波器0.4nm、0.8nm的由于生产工艺复杂成品率低,价格昂贵。而20nm的滤波器生产工艺简单、成品率高,价格要便宜得多。
在复用器和解复用器方面,DWDM和CWDM的造价差别主要是由于CWDM的滤波器包含的层数少,故CWDM滤波器的成本比DWDM滤波器的成本低。DWDM系统中使用的100GHz滤波器一般大约有150层,而CWDM系统的20nm滤波器大约有50层。CWDM滤波器的成本比DWDM滤波器的成本要少50%,预计在未来的2到3年内,自动化生产的成本可望再降1/3。此外,新的滤波器和复用器/解复用器技术的采用有望进一步缩减成本。
CWDM最初的设计便定位于低成本的波分复用技术，因此CWDM的成本优势是这项技术的最大亮点。目前在成本方面和DWDM具有可比性的主要有两种方案：重新铺设光纤和城域网DWDM。
4.1.1与重铺光纤比较 重铺光纤这种方案其实是最终的解决方案，但从铺设光纤方面来看，由于涉及挖地沟，架空，埋管道等，给城市建设带来麻烦，且铺设光纤的工期很长，往往需要几个月的时间，其间还需要大量的人力资源，因此虽然目前的光纤价格已经降得很低，但如果不是大规模的城域网建设，成本会特别高。从另一方面分析，大客户接入大多情况都希翼能快速开通，重铺光纤的时间是肯定不能接受的。因此，无论是从工程的合理性来讲还是从成本来说，能够充分利用现有的资源的CWDM无疑是最好选择。
4.1.2与DWDM比较 CWDM比较波分复用同类产品DWDM，在同样解决城域网传输问题的前提下，CWDM具有更加明显的价格优势，平均每个波的价格是DWDM单波价格的1/5～1/7。在城域网中，波分复用不必受EDFA放大波段的限制，可在比DWDM系统宽得多的波长间隔进行波分复用。CWDM无须选择价格昂贵的高波长稳定度和高色散容限的激光器，大幅度降低激光器成本；无须选择成本昂贵的密集波分解复用器和复用器，只用选择低价的稀疏分复用器和解复用器；无须采用比较复杂的控制技术以维护较高的系统要求；无须采用EDFA，只须采用便宜得多的多通道激光收/发器作为中继。由于器件成本和系统要求的降低，使得CWDM系统的造价比DWDM系统大幅下降。
而在整体成本造价大幅度降低的同时，CWDM系统也能和DWDM一样支撑多业务接口，例如可以提供SDH 接口，实现IP/Ethernet over SDH，ATM over SDH；可以为路由器和ATM交换机提供光纤直连接口,实现IP/Ethernet over OPTICA和ATM over OPTICA等等。并且，CWDM系统具有OADM功能,可以和使用标准波长的DWDM系统互连、成环，或接入DWDM骨干层。此外，CWDM可以兼容在城域网中已得到广泛应用的1310nm的老的SDH系统，而目前的DWDM还做不到这点。CWDM技术还具有应用于长途传输的潜在能力,一旦宽带的 LAMAN（拉曼）光放大器进入商用, CWDM技术就有可能进入长途传输市场。
4.2功耗低
光传输系统的运营成本取决于系统的维护和系统消耗的功率。在此方面CWDM系统的功耗要比DWDM系统的功耗要低得多。例如，DWDM激光器采用的冷却器及其控制电路每波长要消耗大约4W的功率。而没有冷却器的CWDM激光器仅消耗0.5W的功率。四波CWDM光传输系统大约消耗10－15W的功率,然而类似的DWDM系统却要消耗高达30W的功率。在DWDM系统中,随着复用的波长总数的增加以及单信道传输速率的增加,功率损耗及其温度管理变成了电路板设计的关键问题。
4.3体积小
CWDM激光器要比DWDM激光器小得多, 由于CWDM采用的为不带冷却器的激光器，一般是由激光片和密封在带有玻璃窗口的金属容器中的监控光电二极管构成的。DWDM激光发射机的尺寸大约是CWDM激光发射机体积的五倍,也就是说,如果DWDM激光发射机的体积为100cm2,那么没有冷却器的CWDM激光器体积仅仅为20cm2。
4.4CWDM的安全性与可靠性
公务网是政府等相关部门的专网，是实现电子公务的基础工程，所以对网络的安全性和可靠性要求比较高，在物理上要求与外网完全隔离，同时在网络的管理与维护上要采取一些专门的策略。采用基于WDM的光网络技术，在网络的安全性方面可以增加电层网络技术无法达到的功能。
首先在城域网中仅依靠路由器、交换机实现保护恢复功能，当网络线路发生故障或者某个节点设备出现故障时，完全通过路由器、交换机实现网络保护需要花费几分钟到数小时，如果出现光纤光缆链路断裂等严重故障，时间会更长。这种事故对公务网而言，是十分严重的，必须加以避免。采用WDM光层网络设备后，通过光层自愈保护机制，网络设备或光纤线路出现故障时，光层自愈保护时间只需要20毫秒就可以完成，终端用户甚至感觉不到出现业务切换。因此，加入光层保护功能，将增强网络的安全性，这对公务网这样对网络安全级别要求很高、网上业务十分重要的应用对象来说，无疑是十分重要的。
其次WDM光网络设备能够以多个波长的方式提供多条工作通道，并且各个通道虽然在同一根光纤中传输，但彼此物理上是隔绝的，这样可以同时接入外网和公务网的电层设备，不但具有经济性提高了设备的利用效率，而且保证了公务网要求的高安全性，高可靠性。这种技术方案也获得国家安全部门的鉴定和认可。CWDM的安全性主要由以下几方面得到保证：
4.4.1CWDM的独立性很强，不同波长的光波之间相互干扰小。
4.4.2由于多波长利用单光纤传输，业务信号不易被截获。
CWDM的可靠性主要以业务的保护来实现，目前的保护主要分为两种，即点对点的保护和成环的保护，点对点的保护主要采用的方式是以光纤来保护光纤，即1+1的保护，而环路保护则多采用自动保护倒换的方式来实现。按保护的机理来分可以分为复用保护和通道保护，原理类似于DWDM。烽火网络CWDM产品支撑目前市场上的主流保护方式。
4.5网络的灵活性和可扩展性
公务网将会是一个不断增长的网络，包括它的规模，它的应用范围和服务内容将随着上网机关和服务对象的不断普及而不断增加，因此在网络设计上必须非常重视网络的扩展能力。网络的扩展包括：一、网络规模的扩展，包括网络的地理分布，用户数；应用内容的扩展，IP主干网络将不仅仅担负数据传输的任务，包括VOD等其它视频和语音服务也会不断加入到IP网络中去。要求主干网络设备必须具有多种业务支撑的能力。二、网络容量的扩展，随着规模和应用的扩展网络的传输容量也必须能相应的增加。
采用WDM光网络设备后，其模块化的系统在可伸缩性上亦有着固定式系统无法比拟的优越性。整个系统的性能将随着模块数量的增加而得到相应的增加，因此也就更能适应不同规模网络对设备的要求。模块化的网络设备在多种技术的适应能力上具有相当大的灵活性。网络系统具有统一的系统平台，具有平滑升级的能力，使系统能满足各种用户对应用处理不同程度的需求，以及逐步升级的发展规划，以节约投资避免系统性能的闲置和浪费。
如今,厂家已经能够提供具有2到8个波长的商用CWDM系统,将来这些系统有望在1290nm到1610nm的频谱内扩展到16个复用波长。目前,大多数CWDM系统工作在从1470nm到1610nm的范围内,其信道间距为20nm。此外在1310nm窗口附近也在开发之中。由于到目前为止,已经安装的大部分光纤中有残留水分,使得其在1400nm波长附近的光信号衰减。这个附加损耗会限制系统在长途传输中的使用,但是对于城域网使用的CWDM系统而言,这并不是一个障碍。
与传统的TDM方式相比CWDM更适应高速数据业务的发展。比如说，可以通过将分组和信元直接映射进一个波长的方式，将路由器和交换机直接与CWDM传送网相连，而不需要经过SONET／SDH TDM复用器。并且CWDM系统提供的灵活性是TDM系统所无法比拟的。
在许多的情况下，城域通信网络的建设都面临着光纤资源的紧张或光纤租赁价格的昂贵。采用CWDM的波分复用功能和环网自愈功能比点对点的升级有着更多的好处。比如可以为未来准备一些“虚”环和“虚”光纤。它可以根据新业务和新应用的引进而不断地扩展。
CWDM的协议透明性可以使业务提供者支撑本地的企业数据，比如：以太网数据、ATM、IP over SDH等，用不同的波长来支撑不同类型的数据。光层提供了独立于业务类型的传送结构。同时，CWDM提供了在一根光纤上提供不同速率的数据通道。这一点在城域环境中非常重要。因为城域网中有许多不同的业务和不同的速率。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。当然，相应接入设备的光接口还是需要的。
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（例如：千兆网络技术），则可以利用CWDM来进行保护。

5.CWDM环网结构分析
CWDM系统以其低成本、大容量、易开通、应用灵活、业务透明性和易扩展性成为一种经济实用的短距离WDM传输系统。目前，CWDM在城域网应用中越来越受到大家的认可并已经实用化。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。利用稀疏分复用技术在城域网现有的网络基础上提高通信容量(波长带宽×N)、扩展带宽，能够有效解决光纤的资源问题。因此，目前在行业范围内CWDM得到了广泛认可。CWDM可应用于大都市的城域接入网，同时还可以应用于中小城市的城域核心网，且后者在我国的实际应用中应该非常有前途。当其应用于中小城市的城域核心网时，组网方式大多采用环形网且均采用双纤双向环。而稀疏分复用(CWDM) 技术在系统成本、性能及可维护性等方面具有优势，正逐渐成为今后日益增长的城域网市场的主流技术。如下从一个典型的CWDM系统出发，就CWDM系统环网的最佳保护方式和在城域核心网中专用通道保护方式中的最大节点数进行分析和探讨。
在CWDM系统一般不采用光放，当系统的最高速率为2.5Gbps 时，系统最大功率预算为20几个dB，最大传输距离为50km左右。当然限制系统的最大传输距离的参数还有色散、光纤的衰减系数等，但功率预算是系统最大传输距离的主要因数(尤其是在系统选好激光器类型后)。系统最大功率预算同时也限制了每一个波长通道所能通过的最大节点数和最大传输距离。若一个CWDM系统中的OADM节点中每个波长上下路和直通状态的典型插损为2dB，节点间的传输距离典型为20公里，每公里光纤的插损为0.3dB 则传输损耗为6dB，当系统最大功率预算为22dB时，系统很难支撑更长的传输距离。
WDM系统的光层保护方式有复用端保护(OMS)和通道保护(OCh)两种，通道保护又可根据系统对保护通道的利用方式分为专有保护和共享保护两种。
在采用复用段保护的CWDM系统中，当发生保护倒换时系统中最大光波长通道距离可能大于或等于环长。此时该波长通道的光功率预算很难满足要求，更不用考虑如系统所用激光器所能支撑的最大色散距离等其他因数的影响。因此在CWDM系统中采用OMS保护方式显然是行不通的。而对光通道保护方式而言，系统中的最大波长通道距离肯定小于环的总长度，若采用近端业务配置方式能使得最大波长通道距离约环长的一半。
就Och保护方式本身而言可分为两种：专用保护方式和共享保护方式，专用保护方式和共享保护方式除了星型业务所需波长数差不多外，在环形业务和均匀型业务两种情况下专用保护方式对波长的利用率均比共享保护方式差，且随环网节点数的增加专用保护方式的波长利用率越低。但是共享保护方式对波长利用率的提高是以系统成本的增加和系统的复杂性增加(共享保护方式需要复杂的协议)为代价的，尤其是在当前光开关等关键光器件的价格较高的情况下系统成本的增加尤为突出。另外系统成本的增加会削弱CWDM本身所具有的成本优势。因此共享的通道保护方式也不适用于CWDM环网系统。相对共享通道保护方式而言，专用通道保护系统具有成本低、系统结构简单、保护时间短等优势，因此对于城域CWDM环网系统而言专用通道保护方式的确是一个非常好的选择。
目前的CWDM系统大多只提供S+C+L波段的8个波长。当系统应用于中小城市的城域核心网时，系统所能支撑的最大节点数就会受到限制。若城域核心网中的节点数为4个，完全的均匀性业务所需的波长数为6，此时环中只有两个波长剩余，当然这两个波长还可以用作从干线网的业务接入。当节点数为5，完全的均匀性业务情况下城域核心环网所需的波长数为10，这已超出目前大多数系统所提供的波长数，考虑到整个CWDM系统的波长数可以扩展到16(以20nm为间隔)城域核心网的最大节点数可以为5个。
上海贝尔阿尔卡特企业推出的CWDM系统中所采用的保护方式正是专用通道保护，系统目前支撑的波长数为8，将来可升级为16波系统，有助于建设一个实用、经济、可靠的CWDM系统。
6.CWDM技术在城域网中的应用
我国的大部分城市,包括东部发达地区的一部分城市和西部不发达地区的大部分城市,数据业务的发展在“十五”期间还仅仅处于起步状态或初步发展时期,很多城市城域业务量的需求不高,应用 DWDM不能体现良好的性价比。此时,用低成本的 CWDM技术对城域网进行组织就显得十分必要。CWDM系统由于和 DWDM系统一样,具有多种业务接口,因此具有很广泛的适应性。在不发达地区,可以直接应用 CWDM技术进行城域核心层和城域汇聚层组网;在比较发达地区,数据业务发展比较好、光纤资源不太紧张的城市,CWDM技术可以和路由器结合组织汇聚层网络,也可以和以太网结合组织城域接入层网络。
CWDM技术是应宽带IP城域网到需求而发展起来的,将CWDM传输系统和高性能路由交换机连接起来就构成宽带IP城域网。另外一个趋势是将CWDM光传输设备和路由交换机结合在一起,这就可以由路由交换机端口直接驱动光传输设备。最简单情况,一根光纤只传输一路数据时,在裸光纤上直接运行吉位以太网（GE）。如果需要传输多路数据可采用CWDM系统,根据需要逐步增加波长通道。
宽带IP城域网采用IP Over CWDM系统和NXGbE帧格式。传输采用CWDM系统,路由器采用N×GbE端口较SDH端口要便宜得多。因此,IP Over CWDM系统的成本比IP OverDWDM 要低得多。这种系统的另外一个好处是由于采用自适应速率对光缆的性能要求不高,一些由于性能下降原来已经不能使用的旧光缆也有了使用价值。由于采用以太网帧格式,任何有局域网使用经验的人都可以租借,购买光缆来构成自己的城域网甚至广域网。
IP Over CWDM宽带IP城域骨干网与100/1000Mb/s以太网接入网可以无缝连接,中间不需要格式转换,可以便宜高效率地实现100/1000Mb/s接入速率的宽带IP城市域网。
7.CWDM的技术标准　
CWDM技术一般应用于小型城域网或大型城域网的汇聚、接入层，它的波长数目一般为4波或8波，最多16波，波长从1290nm～1610nm(16波系统)。美国的1400nm商业利益组织正在致力于为CWDM系统制定标准。目前建议草案考虑的CWDM系统波长栅格分为三个波段。“O波段”包括四个波长:1290、1310、1330和1350nm,“E波段”包括四个波长:1380、1400、1420和1440nm,“S＋C+L”波段包括从1470nm到1610nm的范围,间距为20nm的八个波长。这些波长利用了光纤的全部光谱,包括在1310、1510和1550nm处的传统光源,从而增加了复用的信道数。20nm的信道间距允许利用低价的不带冷却器的激光发射机和宽带光滤波器,同时,它也躲开了1270nm高损耗波长,并且使相邻波段之间保持了30nm的间隙。
尽管目前还没有CWDM的技术标准,在市场上已经存在一个事实上的城域网标准：IEEE已经制定了万兆以太网10GbE标准。CWDM的标准将据此来制定。
对城域网和接入网的业务提供商而言,CWDM系统的开发及其标准的制定是很及时的。随着宽带需求遍及边缘网络,低价传输系统就显得非常迫切。今天的CWDM技术正好适应了这一需求,它为城域网和接入网提供了一种可升级的体系结构。
CWDM的复用/解复用器和激光器正在逐渐形成自己的标准。相邻波长间隔根据无冷却的激光器在很宽的温度范围内工作产生的波长漂移来决定。目前被确定为20nm,其中心波长为：1491,1511,1531等一直到1611nm。而在1300nm波段,IEEE以太网定义通道宽度为20nm,但是中心波长为1290,1310,1330和1359nm。在1400nm波段如何定义还不知道。目前已经成立CWDM用户组开始结束CWDM城域网标准的混乱状态。
虽然 CWDM目前尚没有形成统一的技术标准,不过,CWDM用户组已经成立,估计不远的将来,这种混乱的局面将结束。目前已经有设备生产厂商着手开发 CWDM的传输设备,并已经有设备投入商用化,能够支撑从100Mbit/s-2.5Gbit/s的传输速率。
稀疏分复用CWDM系统是一种适合宽带城域网使用的波分复用系统。这项技术正在发展中,有着良好的发展前景。它的出现解决了长久困扰城域网建设的性价比问题，而且它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。我国目前正在进行宽带IP网建设,及时采用CWDM技术可以降低成本,促进发展建设。
目前美国的几大网络设备厂商，思科，Extreme Network等都已进入CWDM市场，其应用也初见成效。　　
当然，CWDM技术也有其不足之处，比如要建设一个16波的CWDM系统，其带宽范围覆盖了近400nm的光纤工作窗口，其中包括1380nm的高衰减区，普通的光纤介质根本无法适应，需敷设全波光纤才能满足要求。
8.CWDM在实际应用中的维护与管理
网络管理与维护是整个网络系统不可缺少的一个重要部分，按照分层建设、分层管理的基本设计思路，整个系统的网管分为电层网管与光层网管（注意两者并不是截然不同的，在适当的时候可以将两者统一起来）。在一个网络系统中，网络管理已经越来越受到人们的重视。因为它关系到网络系统的使用效率、维护、监控甚至系统资源的再分配。网络管理对系统的重要性越来越大，这是由于系统对网络环境的依赖性不断增加而引起的，一方面由于网络中断而使业务被迫中止造成的损失会越来越大；另一方面由于越来越多的用户连入网络，对网络管理的要求提高了，以确保网络达到最高的效率。
WDM的协议透明性可以使业务提供者支撑本地的企业数据，比如：以太网数据、ATM、IP over SDH等，用不同的波长来支撑不同类型的数据。光层提供了独立于业务类型的传送结构。同时，WDM提供了在一根光纤上提供不同速率的数据通道，可适应城域网对于不同业务和不同速率的需求。WDM的透明性和Metro WDM的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。
网络管理与维护是整个网络系统不可缺少的一个重要部分，按照分层建设、分层管理的基本设计思路，整个系统的网管分为电层网管与光层网管。
CWDM设备在工程开通后需要维护的工作比较少，特别是针对城域网范围内节点少、距离近等特点。因此网管信息即可利用公网传输，也可利用光纤内部来传。网管的工作主要有一下三方面：
（1）配置管理是指通过对网络设备的监控和管理，实现光通道连接的建立和资源调度等管理内容。主要涉及一整套与光网发生变化相关的功能和参数。包括建立和撤销光通道连接，跟踪网络设备的状态和变动、管理网络设备的增加和删除、还包括光网拓扑的维护和配置。
（2）性能管理主要监测和管理光网网络性能参数。在光网中包括检验光通道的功率管理，光放大器的增益均衡性能和通道的损耗与色散特性，带宽和误码率，还有输入输出信号的波长等等，保证光网能够在正常的工作状态下运行。另外，性能管理还负责给其它网管功能提供输入参数，尤其是在检测到网络异常状态的时候，给故障管理提供参数，触发故障管理机制。
（3）故障管理主要负责当故障发生时，探测故障，隔离故障器件，并且恢复由故障所引起的业务量损失。故障管理要求网络的恢复速度要足够快，能够满足不同网络业务的实时性要求。
光网中故障检测和保护功能是通过光层和电层共同支撑来实现的。电层监控比较准确和灵敏（如在信号发生扭曲或变形时）。而光层的故障在光层管理更加合适，其理由如下：
在光层进行故障恢复较为简单，需要较少的实体，相对于高层它需要的调整更少；可以实现网络自愈。通过迅速定位光层的故障，可以使网络自动从故障中快速恢复，不影响网络上运行的任何业务。如果通过电层的检测和恢复，那么耗时的逐段环回检测使得故障的定位和恢复要漫长得多，也就谈不上自愈了。光层是上层网络应用共同的平台，所以光层的保护可以使资源获得更好的共享，并且能够为自身不具有保护机制的上层网络（例如PDH）提供保护功能。光层面网络的分层管理结构如图1所示。

随着传输网从低速到高速，从电到光电，再到全光的不断发展，对网络管理的要求越来越高，从骨干网到本地网，接入网，支撑着各种业务的发展。对不同业务与不同层次的网络，由于其对价格、性能、可靠性和扩展性的要求不同，可能有的系统需要象集群这样高端的配置，有的系统只需要简单的个人计算机这样低端的配置，客观上需要不同配置和组合的网络管理系统。
对于传输的最终用户和操作维护人员而言，业务的快速建立、故障的快速反馈和排除，实时地按性能付费是他们不断变化需求中的一部分，这些要求网络管理系统要高效、智能、灵活，只有高效的系统才能有业务的快速建立，故障的快速反映，只有智能的系统才能准确地定位故障点，也只有灵活的系统才能满足不同计费方式的要求。
随着设备种类和数量的增多，管理和维护的成本也在不断提高，甚至超过了设备本身的费用，运行和维护的成本决定了竞争的优势。这就要求网络管理系统必须简单化、自动化。
从以上传输承载业务的不断增多，网络技术本身的发展，客户要求的变化及竞争四个方面综合，网络管理系统的发展必须朝着高性价比，高效、智能、简单，高度自动化、高可靠性、良好的可扩展性方向前进。
从纯技术角度, CWDM与 DWDM相比有明显的弱势,其传输距离以及通道数远低于 DWDM。但是市场从来就不是单单由技术推动的,成本也是一个很重要的因素。在城域网中,一方面用户需求并没有达到长途骨干网的通信容量,由于城域网对带宽的需求是有限的;另一方面城域网络服务提供商支付不起昂贵的DWDM设备费用。CWDM作为一种可选择的扩容方案,可以解决提供商的燃眉之急。稀疏分复用CWDM系统是一种适合宽带城域网使用的波分复用系统。这项技术正在发展中,有着良好的发展前景。
9.结语
随着技术创新的同时，CWDM产品进行完善，目前，新研发的 F-engine C15009 能够在数据业务的传输过程中灵活上载和下载，使光城域网的组网更加灵活，可以构建多种网络结构，并且具有组环和治愈功能。今后CWDM还有望广泛实现单光纤支撑16个波长，单波长上支撑2.5G以上的带宽。我国目前正在进行宽带IP网建设，及时采用CWDM技术可以降低成本，推动城域网建设的发展。
参考文献]
1 肖剑.宽带城域网的组网技术分析.网络通信世界,2001,（1）
2 唐雄燕. 城域宽带网的发展策略. 电信科学,2001,（1）
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