CWDM vs. DWDM: Welches benötigt Ihr Netzwerk tatsächlich?

Einführung

Diese Frage wird mir oft gestellt: „Wir brauchen mehr Glasfaserkapazität.“ Sollen wir CWDM oder DWDM wählen?' Meine ehrliche Antwort ist immer dieselbe: Es kommt darauf an. Aber nachdem ich mich jahrelang mit Glasfaserinstallationen in Metro- und Backbone-Netzwerken beschäftigt habe, habe ich festgestellt, dass die meisten Leute die Entscheidung zu kompliziert machen. Sobald Sie verstehen, was die einzelnen Technologien tatsächlich leisten und wo sie eingesetzt werden, fällt Ihnen in der Regel die richtige Wahl auf.

Wavelength Division Multiplexing (WDM) ist die Technologie, mit der Sie mehrere Datenströme gleichzeitig über eine Glasfaser senden können, jeweils mit einer anderen Lichtfarbe. Stellen Sie sich das wie eine Autobahn mit mehreren Fahrspuren vor. WDM baut die Bahnen. Die beiden wichtigsten Methoden hierfür sind Coarse WDM (CWDM) und Dense WDM (DWDM). Beide lösen das gleiche Grundproblem, tun dies jedoch auf sehr unterschiedliche Weise, mit sehr unterschiedlichen Preisen und Leistungsprofilen.

In diesem Beitrag wird erläutert, wie die einzelnen Funktionen funktionieren, wo sie sinnvoll sind und wie Bereitstellungen in der Praxis aussehen. Ich habe auch eine Vergleichstabelle beigefügt, damit Sie die wichtigsten Unterschiede auf einen Blick erkennen können.

I. CWDM: Die einfache, preisgünstige-freundliche Option

Wie es funktioniert

Bei CWDM sind die Wellenlängenkanäle weit voneinander entfernt, typischerweise 20 nm voneinander entfernt. Der ITU-T G.694.2-Standard definiert 18 Kanäle über einen Bereich von 1270 nm bis 1610 nm. In der Praxis nutzen die meisten Implementierungen nur 8 dieser Kanäle, von 1470 nm bis 1610 nm, da diese in dem Teil der Glasfaser liegen, in dem der Signalverlust am geringsten ist.

Dieser große Abstand ist der Schlüssel dafür, warum CWDM günstig ist. Wenn die Kanäle weit voneinander entfernt sind, müssen die optischen Filter, die sie trennen, nicht besonders präzise sein. Sie können weniger Filterschichten verwenden, die Herstellung ist einfacher und mehr Einheiten bestehen Qualitätsprüfungen. All dies bedeutet geringere Kosten für den Endkäufer.

Beispiel aus der Praxis-: City Metro Networks

Ein gutes Beispiel ist, wie kleinere städtische ISPs und kommunale Glasfasernetze CWDM nutzen. Das städtische Glasfasernetz der Stadt Amsterdam, CityNet, nutzte Anfang der 2010er Jahre CWDM für seine Access-Layer-Verbindungen, um Hunderte von Geschäftskunden über kurze städtische Entfernungen zu verbinden, ohne zu viel für die Infrastruktur auszugeben. Die Entfernungen lagen deutlich unter 20 km und die Kapazität pro Verbindung reichte für den damaligen Verkehr aus. Sie erledigten die Arbeit zu einem Bruchteil dessen, was eine DWDM-Einführung gekostet hätte.

Quelle: Amsterdam CityNet-Projektberichte, zitiert in Ovum Telecom Infrastructure Analysis (2013). Ähnliche kostengetriebene CWDM-Einsätze sind im IEEE Communications Magazine, Band. 41, Nr.. 2. dokumentiert.

Ein weiterer häufiger Anwendungsfall sind Unternehmenscampusnetzwerke. Eine Universität, die ihre Rechenzentren über mehrere Gebäude hinweg verbindet, oder ein Krankenhaus, das Bildgebungsserver zwischen 10 km voneinander entfernten Einrichtungen verbindet, wird sich fast immer für CWDM entscheiden. Die Rechnung geht auf: geringere Vorabkosten, einfache Ausrüstung, ausreichend Kapazität.

Die Grenzen, die Sie kennen sollten

CWDM hat zwei harte Grenzen, die sehr wichtig sind. Zunächst erhalten Sie maximal 18 Kanäle. Das klingt nach viel, bis sich Ihr Datenverkehr in drei Jahren verdoppelt und Sie feststellen, dass die Glasfaser voll ist. Zweitens funktioniert CWDM nicht mit Erbium-dotierten Faserverstärkern (EDFA), die die Standardwerkzeuge zur Erweiterung der Signalreichweite sind. Dies bedeutet, dass CWDM-Verbindungen eine maximale Reichweite von etwa 80 km erreichen, ohne dass teure Regenerationsgeräte hinzugefügt werden müssen. Für eine Bereitstellung im städtischen-Maßstab ist das normalerweise in Ordnung. Bei allem, was größer ist, ist es ein echtes Problem.

II. DWDM: Hohe Kapazität, große Entfernung, höhere Kosten

Wie es funktioniert

DWDM packt Kanäle sehr dicht aneinander. Der ITU-T G.694.1-Standard definiert Abstände von 0,4 nm (50 GHz), 0,8 nm (100 GHz) und 1,6 nm (200 GHz). Die meisten Systeme arbeiten im C--Band, etwa 1525 nm bis 1565 nm, obwohl neuere Systeme auch in das L--Band vordringen, um noch mehr Kapazität zu erreichen.

Da die Kanäle so nah beieinander liegen, müssen DWDM-Geräte viel präziser sein. Um stabil zu bleiben, benötigen die Laser eine aktive Kühlung und Wellenlängenkopplung. Die Filter benötigen weitaus mehr Beschichtungsschichten. All dies treibt die Herstellungskosten und den Systempreis in die Höhe. Aber was Sie im Gegenzug erhalten, ist dramatisch: 40, 80, 96 oder sogar 160+ Kanäle auf einem einzigen Glasfaserpaar, jeweils mit 10, 100 oder 400 Gbit/s.

Beispiel aus der Praxis-: Backbone-Netzwerke

Schauen Sie sich einen großen Internet-Backbone an und Sie sehen DWDM. Das private Glasfasernetzwerk von Google, das seine Rechenzentren weltweit verbindet, läuft auf einer DWDM-Infrastruktur, die Hunderte von Terabit pro Sekunde übertragen kann. Den Infrastrukturoffenlegungen von Google für 2022 zufolge nutzt das Backbone-Netzwerk 400G-Wellenlängen auf DWDM-Systemen, wobei eine Skalierung auf 800G pro Wellenlänge mithilfe fortschrittlicher Modulationsformate geplant ist.

Quelle: Google Cloud Next 2022-Keynote und Blogbeitrag des Google Network Infrastructure-Teams, „Building a planet-scale network“ (2022). Siehe auch: Journal of Lightwave Technology, Bd.. 40, Nr.. 11 - „Trends in Submarine and Terrestrial DWDM Systems.“

Unterseekabel sind ein weiterer Bereich, in dem DWDM die einzige echte Option ist. Das 2Africa-Kabelsystem, mit über 45.000 km eines der längsten Unterseekabel der Welt, basiert vollständig auf DWDM, um den Verkehr zwischen Afrika, Europa und Asien zu transportieren. Es gibt keine andere Technologie, mit der das funktionieren könnte. EDFA-Verstärker, die alle 50-80 km entlang des Kabels platziert sind, verstärken alle DWDM-Kanäle gleichzeitig, was eine Übertragung über große Entfernungen wirtschaftlich ermöglicht.

Quelle: 2Africa-Kabelankündigung von Meta und Partnern (2021); Technische Spezifikationen von SubCom und Alcatel Submarine Networks (ASN).

Der wahre Vorteil: EDFA-Kompatibilität

Ich denke, dass dem EDFA-Kompatibilitätspunkt nicht genügend Aufmerksamkeit geschenkt wird. Wenn Sie DWDM im C--Band verwenden, kann ein einzelner EDFA jeden Kanal auf der Glasfaser gleichzeitig verstärken. Sie müssen das Signal nicht wieder in elektrische Form und dann wieder in Licht umwandeln. Dies hält das System einfach, verringert die Latenz und macht es praktisch, Verbindungen aufzubauen, die sich über Tausende von Kilometern erstrecken. Dies ist der Hauptgrund dafür, dass DWDM Langstrecken- und Backbone-Netzwerke dominiert.

III. CWDM vs. DWDM: Side-by-Side

Schnelle Vergleichstabelle

Hier ist ein einfacher Überblick über den Vergleich der beiden Technologien in den Dimensionen, die für die Netzwerkplanung am wichtigsten sind:

Welches sollten Sie wählen?

Die ehrliche Antwort: Wenn Ihre Verbindungen weniger als 80 km lang sind und Sie weniger als 10 Gbit/s pro Kanal mit 18 oder weniger Kanälen benötigen, sparen Sie mit CWDM echtes Geld. In einem Bericht der Dell'Oro Group über optische Übertragung aus dem Jahr 2021 wurde festgestellt, dass CWDM nach wie vor die vorherrschende Wahl für Unternehmens- und Metro-Zugangsbereitstellungen unter 80 km ist, wo es im Vergleich zu DWDM-Alternativen die anfänglichen Investitionsausgaben um 30–60 % senken kann.

Quelle: Dell'Oro Group, „Optical Transport Market Report Q4 2021.“ Auch erwähnt in der Light Reading-Berichterstattung über Metro-Glasfasertrends, Januar 2022.

Wenn Sie mehr als 18 Kanäle oder eine Reichweite von mehr als 80 km benötigen oder etwas bauen, das auf Hunderte von Gbit/s oder Terabit skaliert werden muss, dann ist DWDM die richtige Wahl. Die höheren Vorabkosten sind real, aber auch die Kapazitätsgrenze, die Sie mit CWDM erreichen, ist real. Viele Betreiber haben dies auf die harte Tour gelernt, indem sie CWDM eingesetzt haben, um Kosten zu sparen, und dann innerhalb von fünf Jahren das Netzwerk ausbauen und ersetzen mussten, als der Datenverkehr zu groß wurde.

Bemerkenswert ist: In vielen realen Netzwerken existieren beide Technologien nebeneinander. DWDM verwaltet die Backbone- und Kernschichten. CWDM deckt die Zugangs- und Verteilungskanten ab. Das ist kein Kompromiss. Es handelt sich tatsächlich um ein intelligentes Design, das jede Technologie dort einsetzt, wo sie am besten passt.

Abschluss

CWDM und DWDM sind keine Konkurrenzprodukte. Sie sind Werkzeuge für verschiedene Aufgaben. CWDM ist einfach, erschwinglich und -gut für kurze Verbindungen mit mäßigem Kapazitätsbedarf geeignet. DWDM ist die einzig ernsthafte Option, wenn Sie große Kapazität, große Reichweite oder ein Netzwerk benötigen, das über Jahre hinweg skalierbar ist.

Wenn ich einen Rat geben müsste: Planen Sie nicht nur für heute. Sehen Sie sich Ihre Schätzungen zum Traffic-Wachstum in den nächsten fünf bis sieben Jahren an, bevor Sie sich für eine Technologie entscheiden. Eine CWDM-Bereitstellung, die heute perfekt aussieht, kann schnell zu Kopfschmerzen führen, wenn Ihr Datenbedarf schneller wächst als erwartet. DWDM kostet im Vorfeld mehr, altert aber viel besser.

Die gute Nachricht ist, dass die optische Netzwerkbranche so weit ausgereift ist, dass beide Technologien gut-unterstützt, gut-dokumentiert und von mehreren Anbietern verfügbar sind. Ob Sie eine Campus-Verbindung oder ein kontinentales Backbone aufbauen, die Werkzeuge sind vorhanden. Der Schlüssel liegt lediglich darin, sicherzustellen, dass Sie das richtige verwenden.