DWDM —— Dense Wavelength Division Multiplexing，即密集波分復用。
DWDM是一種光纖數據傳輸技術，這一技術利用激光的波長按照比特位并行傳輸或者字符串行傳輸方式在光纖內傳送數據。
概述
本文將引領讀者了解可伸縮的DWDM系統在促使服務供應商滿足消費者日益增長的帶寬需求這一領域所具有的重要性。DWDM是光纖網絡的重要組成部分，它可以讓IP協議、ATM和同步光纖網絡/同步數字序列（SONET/SDH）協議下承載的電子郵件、視頻、多媒體、數據和語音等數據都通過統一的光纖層傳輸。
1. 當前通信網絡所面臨的問題
為了理解DWDM和光網互聯的重要性，我們就必須在通信產業、特別是服務供應商當前面臨何種問題這一大前提下來討論DWDM技術所帶來的強大功能。我們知道，在網絡的設計和建設時期，工程設計人員必須對網絡未來的帶寬需求作出合理的估計。目前，美國等地區鋪設的大多數網絡對帶寬的需求估計都是來源于古典的工程公式概算，比如泊松（Poisson）概率分布模型等。結果呢，網絡所需帶寬量的估測值通常按照某種統計假設條件給出，比如，一般認為個人在通常的情況下，在一個小時之內只會使用6分鐘的網絡帶寬。然而，這一數學模型并沒有考慮到由于Internet接入（這一業務的數據流量的年增長率是300%）、傳真、多條電話線路、調制解調器、電話會議、數據和視頻傳輸等業務而產生的數據流量。如果考慮到這些因素，網絡帶寬的用戶使用模型就和現有的設計初期估計大大不同了。實際上，在今天的日常生活中，許多人平均使用網絡帶寬的時間是180分鐘甚至超過1個小時！
顯而易見，運營商們迫切地需要大量的網絡容量來滿足顧客日益增長的服務需求。據估計，僅在1997年，通過一對光纜傳輸的長途電話的帶寬容量就增加到了1.2 Gbps（百萬比特每秒）。當數據傳輸速度以Gbps單位計算的時候，每秒鐘可以通過網絡傳輸1000本圖書的信息。可是，到了今天，假如有1百萬個家庭希望觀賞網站上推出的視頻節目或者使用新出現的網絡視頻應用，那么，在這一需求場合下，網絡傳輸速率就必須達到太比特級（萬億比特每秒：Tbps）。當數據傳輸速度以Tbps單位計算的時候，在一秒鐘的瞬間之內，網絡就可以傳輸2000萬個并發雙工電話或者300年來出版的全部日報的數據量。
當然，誰也不可能準確地預見到網絡帶寬的需求增長的如此之快！比方說，有人通過研究預測：從1994年到1998年，美國長途交換網營運公司 (IXC)的網絡容量會增長7倍，而美國的本地交換網營運公司（LEC）的網絡容量會增長4倍。可事實上呢，現在已經有公司估計其網絡容量會比往年增長32倍，而另一家公司單單在1997年的網絡新增容量就達到了它在1991年的整個網絡規模。還有家公司聲稱，其網絡的規模在未來4年內將達到每半年擴張一倍的增長速率。
除了消費者的帶寬需求爆炸性地增加以外，眾多服務供應商還面臨著其光纜可用余量即將用盡的窘迫局面。有一份產業報告指出：在1995年，埋設光纜中已經使用的部分平均在網絡中占到了70%到80%之多。現在，許多電信運營商的光纜使用率幾乎達到了100%的有效利用率上限。另外還有一個窘迫的難題：網絡服務運營商怎么才能在一種物理網絡之上部署和集成五花八門的多種通信技術。消費者的需要和企業之間的競爭壓力迫使運營商們一方面必須提供在建設和運營成本上比較經濟的多種服務，而且另一方面他們還要盡可能地在已經埋設的現有網絡基礎之上來部署這些業務。還好，辛苦出現了DWDM技術，正是DWDM為這些運營商們提供了同時滿足這些需求的可行解決方案。
使用DWDM技術可以讓服務供應商提供傳統的IP over ATM承載數據、SONET/SDH承載語音等傳輸方式所帶來的電子郵件、視頻和多媒體業務，與此同時，在無須考慮這些不同數據格式的情況之下——不管他們是IP、ATM還是SONET/SDH，DWDM 卻能夠同等地向這些不同的傳輸方式提供統一的帶寬管理功能，所有以上三種通信協議都可以通過采用DWDM技術的光層得以傳輸。這種統一管理功能可以讓服務供應商靈活地僅通過單一網絡就足以滿足顧客的帶寬需求。
運營商要想在商業運營上獲得成功，其中的一個關鍵要旨就是需要一個統一的承載平臺，這個平臺能夠統一承載各種通信技術并且同這些通信技術接口，而且，該平臺還應該讓運營商具備能把當前和新一代技術集成起來的能力。
2. 解決帶寬危機
面對以上三個問題：日益增長的服務需求、光纜余量用盡、統一的層次型帶寬管理。服務供應商必須找到一條在經濟上可行的解決方案。降低光纜耗用率的一個顯而易見的措施就是鋪設更多的光纜，對那些鋪設新光纜的成本可以保持最低的網絡來說，這一措施可以證明是最為經濟的解決方案。但是，鋪設新光纜卻并不能促使服務供應商一定能提供新型服務，或者也不能讓運營商們獲得光傳輸層帶寬的統一管理能力。
第二項措施是使用時分復用技術TDM來增加數據傳輸速率，TDM把時間劃分為更小的間隔以便更多的數據得以在同一時間內被傳輸（參看圖2），結果就增加了光纜的有效容量。其實，這也就是產業內目前已經采用的方案（DS–1、DS–2和DS–3等）。不過，當服務供應商僅僅使用這一措施時，他們的每一次網絡擴容都具有顯著跳躍性，意味著網絡容量的增長很不平滑，很有可能最終讓他們獲得比當初需求更大的多的帶寬，從某種意義來說，這是很多運營商所不愿意見到的局面，其管理復雜性和投資都會增長得令人頭痛不已。以SONET技術為例，從10 Gbps TDM提升的下一個容量層次就到了40 Gbps（這一令許多人深信不疑的巨大躍進對TDM技術來說在近期內是不太可能的）。采用SONET的北美傳輸網絡和采用SDH的國際傳輸網絡就都采用了TDM技術。
電信產業采納了SONET或SDH標準以提供標準的同步光纖網絡，通過它所具有的靈活性以匹配當前和未來的數字信號。SONET或者SDH通過定義標準的傳輸速率和光纖接口來實現以上的目標。比方說，終止SONET網絡的終端會引入多種電子信號和光信號，這些信號在成為STS–1的數據負載（SONET 網絡幀結構的有機組成部分）之前會以電信號的方式被復用，STS–1負載隨后被復用并以單一速率在單根光纖中傳輸，這些標準速率是：OC–3 、OC–12、OC–48乃至最終高達OC–192。 SDH具有和STM–n類似的幀結構，其信號速率可以達到STS–1到STM–64范圍之內。
SONET和SDH是兩種密切相關的標準，就是這兩種標準為今天的傳輸網絡奠定了基礎。這兩種標準決定了傳輸接口的參數、傳輸的速率、傳輸數據的格式和信號復用方式乃至實現高速傳輸所需要的運行、管理、維護和提供（OAM&P）特性。同步傳輸模式意味著通過光纜系統流動的激光信號和外部時鐘保持著同步。這樣做的優點是通過光纜系統傳輸語音、數據和圖象的數據流可以很平穩、規則的方式流動，結果每一束激光都可以很容易地被對端識別出來。
3. 容量擴充和靈活性：DWDM
服務供應商還可以選擇的第三種方式就是密集波分復用——DWDM技術。DWDM首先把引入的光信號分配給特定頻帶內的指定頻率（波長，lambda），然后把信號復用到一根光纖中去，采用這種方式就可以大大增加已鋪設光纜的帶寬。由于引入（incoming）信號并不在光層終止，接口的速率和格式就可以保持獨立，這樣就允許服務供應商把DWDM技術和網絡中現有的設備集成起來，同時又獲得了現有鋪設光纜中沒有得以利用的大量帶寬。
DWDM可以把多個光信號搭配起來傳輸，結果這些光信號可以編成同一組同時被放大并且通過單一的光纖傳輸，網絡的帶寬也就大大增加（參看圖 3）了。每個承載的信號都可以設置為不同的傳輸速率（OC–3/12/24等）和不同的格式（SONET、ATM、數據等）。比方說，某個DWDM網絡可以在DWDM基礎上混合OC–48 （2.5 Gbps）和OC–192 （10 Gbps）兩種速率的SONET信號。從而獲得高達40 Gbps的巨大帶寬。采用DWDM的系統在達到以上目標的同時仍然可以維持和現有傳輸系統同等程度的系統性能、可靠性和穩固性——甚至過之而無不及。今后的DWDM終端更可以承載總計80個波長之多的OC–48以達到200 Gbps的傳輸速率或者高達40波長的 OC–192以達到400 Gbps的傳輸速率，這個帶寬已經足以在一秒鐘之內傳輸9萬卷的大百科全書！
實現這種高速、高容量傳輸能力的關鍵技術就是光放大器。光放大器運行在特定光譜頻帶之上并根據現有的光纖進行了優化，這樣就可以使得光放大器有可能放大光波信號，從而在無須將其轉換為電信號的情況下擴大其傳輸范圍。超寬頻帶光纖放大器在實踐中運用證明承載100個通道（或者波長）的光波信號可以有效地被放大。使用這種放大器的網絡可以非常輕松地處理太比特級的信息。以這個速率傳輸，這種網絡甚至可能一次傳輸全世界所有的電視頻道節目或者同時傳送50萬部電影。
以公路做比喻，一根光纖也可以看作一條多車道公路。通常意義上的TDM系統使用該公路的一個車道，通過在這唯一車道上加快汽車的駕駛速率來增加帶寬。在光纜網絡中，DWDM的采用好比為把后面的汽車放到了公路上沒有使用的車道上（增加了鋪設光纖的波長數目）得以獲得難以置信的巨大帶寬。另外還有一個好處：這條公路并不關心跑在自己上面的車流都是些什么類型。結果呢，跑在DWDM這條公路上的“車子“們可以裝載ATM信元、SONET和IP包。
4. 容量擴充潛能
采用DWDM，服務供應商可以建立一種“隨心所欲增長帶寬”的網絡，可以讓他們增加當前和未來新一代TDM系統以實現事實上無休止的網絡擴張。DWDM還可以讓服務供應商靈活地擴充其網絡中的任意部分，這是任何其他技術所不能提供的絕對優勢。運營商還可以籍此解決因為高帶寬需求而產生網絡擁塞地區的帶寬問題。在兩節點之間存在多環交叉而產生光纖冗余的地區，該技術大有用武之地。
服務供應商總是在不斷地搜尋新興的、富有創造性的通信方式為自己創造利潤，同時他們還希望這些方式可以完全滿足其顧客五花八門的需求。而DWDM網絡就可以很好地滿足以上的要求。比如，服務供應商可以針對不同的用戶分割和維護不同的專有波長，向帶寬使用率比較高的商務用戶出租單獨的波長而不是一整根光纖。
和使用中繼器的網絡應用相比，DWDM網絡還增加了網絡單元之間的相鄰距離，這對尋求有效降低初始網絡投資的長途通信服務供應商來說是個非常好的優點。DWDM系統的光纖放大器可以讓服務供應商通過接收和直接放大光信號而無須將其轉換為電信號得以節約投資。此外，DWDM還允許服務供應商在1.55µm光譜區的廣大波長范圍內運行DWDM。比如，DWDM系統可以在一根光纖上復用最高16個波長，運營商可以在每個再生器放置地點按16的因數來降低放大器的數量。在長途網絡中采用更少的再生器會產生更少的信號干擾并且提高信號的傳輸效率。
5. DWDM增量性增長
DWDM網絡設計目標是：為急于解決用戶日益增長的帶寬需求問題的服務供應商提供漂亮的網絡拓展方案。由于DWDM網絡可以實現必要的容量擴張能力，所以，鋪設該技術下的基礎網絡可以視為解決以上問題的最佳解決方案。對DWDM采用增量增長步驟，服務供應商就有可能在部署長期運營的網絡同時減低其初始成本。
某些業界分析人士熱切地稱贊DWDM是滿足更多帶寬需求的網絡的最佳之選。可是，這些專家也注意到要實現其目標也是有條件的：DWDM系統必須具有可伸縮性。盡管每光纖接口8或16個通道的OC–48系統現在看來有點超前了，但是這些措施對未來兩年內保持其高效運轉的網絡而言是必要的。
由于OC–48終端技術和相關的運營支持系統（OSS）和目前的DWDM系統完全匹配，服務供應商就有可能首先擴展已經連接到他們網絡的TDM系統的容量。成熟 的OC–192系統就可以在以后增加以建立容量擴大到40 Gbps或更高的DWDM系統。
6. 光層作為承載層
光網除了能提供巨大的帶寬容量以外，光層還是運營商把自己現有的多種通信技術融合為統一物理網絡的唯一方式。DWDM系統在同一根光纖上具備速率可調、傳輸數據格式無關等特性，同時還可以接受任何接口速率的組合形式（例如，同步、異步、OC–3、–12、–48或者–192）。如果某家運營商同時運營ATM和SONET網絡，那么ATM信號就不必復用到DWDM 網絡承載的SONET速率。由于光層無需額外的復用即可承載信號，運營商籍此可以很快地在網絡中引入ATM或者IP數據而無需重復部署網絡。光網互聯還有一個重要的優點：在光網這條公路上，任何類型的貨車都可以在上面跑。
但是，DWDM也不過是全光網絡互聯和實現光層承載之路的第一步。全光網概念意味著服務供應商可以在網絡的不同節點上對數據流量實現光接入。這很象是承載SONET流量的SONET層。光波長增加/減少（OWAD）技術就實現了這一功能，它可以增加或者減少光纖中的波長數而無須SONET終端的存在。但最終，光層將由此實現帶寬管理的靈活性和交叉連接能力。和OWAD和DWDM相比，光交叉連接（OXC）可以讓服務供應商創建靈活、大容量、高效的光網，同時還具備完整的光帶寬管理能力。這些技術已經成為今天的現實：DWDM從1995年起就已經運用于長途網絡，OWAD在1998年產品化，第一部OXC則在1997年面世。
7. DWDM系統關鍵特性
可接受的理想DWDM系統應該具備某些共有的關鍵特性。任何DWDM系統都應該具備這些特性以便運營商意識到該技術的巨大潛能。以下的問題有助于確定某個具體的DWDM系統是否符合要求。
系統重用現有的設備和光纜設施嗎？
2.5 Gbps 級別的DWDM系統應能完全利用現有的設備和光纜設施。
系統既穩固可靠嗎？
經過良好工程設計和建設的DWDM系統提供自身的可靠性、系統可用性和系統冗余。雖然濾波器經常受到潮濕環境的影響，但現在這已不成為問題。
激光泵有連接器嗎？或者，它們直接接合在光放大器內嗎？
光放大器具有兩個關鍵部件：摻鉺光濾波器和放大器。當激光泵用特定波長的激光激活鉺元素時，鉺就會起到增益媒質的作用把引入的激光信號放大。如果使用連接器而不是直接接合，表面輕微的污垢就可能會破壞連接器。
在增加或者減少通道的時候需要人工干預嗎？
當我們增加或者減少光通道數量以達到最優的系統性能時，光放大器會進行自動調節。這一點非常重要，因為，如果高能系統內只有一個通道，那么自相位調制現象會導致系統性能的降低。另一方面，功率太低則會導致放大器無法獲得足夠的增益。
系統使用氟化物或者硅基光纖放大器嗎？
在1530- 到1565-納米光譜內，備有濾波器的硅基光放大器和氟化物光放大器性能表現都不錯。不過，氟化物光放大器要實現起來成本較大。氟化物光纖的長期可靠性尚未經過檢驗。
系統的波長數量和傳輸速率可升級嗎？
盡管對各種DWDM系統來說這個答案都是肯定的，但對此進行升級計劃也至關重要。如果服務供應商采用某種特定的方式把他們的網絡組裝成一個整體再進行升級，那么可能會發生以下情況：網絡需要更大的功率或者附加的信噪比增量。比方說，每次供應商把通道數量或者比特率加倍的時候就需要額外附加3分貝的信噪比增量。
系統提供遵守標準的維護接口嗎？
DWDM 系統下可以廣泛使用STL 1接口。接口應當適應服務供應商通常的維護方案。
8. 小結
光網互聯提供了支持現有的和剛出現技術的骨干，同時具備了幾乎無限的帶寬容量。通過光交叉連接而得以實現的全光網（不只是點對點傳輸）、光可編程增加/減少復用器和光交換機提供了滿足現有和未來通信需求的統一網絡架構。透明高效地移動數以萬億比特計的信息和經濟的投資可以讓服務供應商把現有網絡的利用率最大化，同時使他們獲得了滿足未來帶寬需求的能力。
