CWDM と DWDM: ネットワークに実際に必要なのはどちらですか?

導入

「もっとファイバーの容量が必要だ」という質問をよく受けます。 CWDM と DWDM のどちらを使用するべきですか?私の正直な答えはいつも同じです。「それは状況による」です。しかし、メトロネットワークとバックボーンネットワークにわたるファイバーの導入に何年も取り組んできた結果、ほとんどの人が決定を複雑にしすぎていることがわかりました。各テクノロジーが実際に何を行うのか、そしてそれがどこに適合するのかを理解すると、通常、正しい選択が明らかになります。

波長分割多重 (WDM) は、複数のデータ ストリームを 1 本のファイバーに、それぞれ異なる色の光で同時に送信できるテクノロジーです。複数の車線がある高速道路のようなものだと考えてください。 WDM はレーンを構築します。これを行う主な方法は、Coarse WDM (CWDM) と Dense WDM (DWDM) の 2 つです。どちらも同じ基本的な問題を解決しますが、その解決方法は大きく異なり、価格やパフォーマンス プロファイルも大きく異なります。

この投稿では、それぞれがどのように機能するか、それぞれがどこに意味があるのか​​、実際のデプロイメントがどのようなものかを詳しく説明します。{0}}主な違いが一目でわかるように、比較表も記載しました。

I. CWDM: シンプルで予算に優しいオプション-

仕組み

CWDM では、波長チャネルを互いに遠く離れて配置します。通常、各波長チャネル間の間隔は 20 nm です。 ITU-T G.694.2 規格では、1270 nm ～ 1610 nm の範囲にわたる 18 チャネルが定義されています。実際には、ほとんどの導入では、これらのチャネルのうち 1470 nm から 1610 nm までの 8 チャネルのみが使用されます。これは、チャネルが信号損失が最も低いファイバーの部分に位置するためです。

この広い間隔が、CWDM が安い理由の鍵です。チャンネルが遠く離れている場合、それらを分離する光学フィルターは非常に精密である必要はありません。使用するフィルター層の数が減り、製造が簡単になり、より多くのユニットが品質検査に合格します。これらはすべて、最終購入者にとってコストの削減を意味します。

現実世界の例: -都市の地下鉄ネットワーク

良い例は、小規模都市の ISP や地方自治体のファイバー ネットワークが CWDM をどのように使用しているかです。アムステルダム市の市営ファイバー ネットワークである CityNet は、2010 年代初頭にアクセス レイヤ リンクに CWDM を使用し、インフラストラクチャに過度の支出をすることなく都市の短い範囲にまたがる数百の法人顧客を接続しました。{1}距離は 20 km をはるかに下回っており、リンクあたりの容量は当時のトラフィックに対して十分でした。彼らは、DWDM の展開にかかる費用の数分の 1 で仕事を完了しました。

出典: Ovum Telecom Infrastructure Analysis (2013) で引用されたアムステルダム CityNet プロジェクトのレポート。同様のコスト重視の CWDM 導入については、IEEE Communications Magazine、Vol. 41、No. 2. に記載されています。-

もう 1 つの一般的な使用例は、エンタープライズ キャンパス ネットワークです。いくつかの建物にまたがってデータセンターを接続している大学や、10 km 離れた施設間で画像サーバーを接続している病院は、ほぼ常に CWDM を選択します。初期費用が低く、装備がシンプルで、十分な容量が得られるという計算が成り立ちます。

知っておくべき限界

CWDM には、非常に重要な 2 つのハード制限があります。まず、最大 18 チャンネルが利用可能です。 3 年後にトラフィックが 2 倍になり、ファイバーがいっぱいになったことに気づくまでは、これで十分に思えます。第二に、CWDM は、信号範囲を拡張するための標準ツールであるエルビウム ドープ ファイバ アンプ (EDFA) では動作しません。{4}これは、高価な再生装置を追加しなくても、CWDM リンクが約 80 km で最高に達することを意味します。都市規模の導入では、通常はこれで問題ありません。-それより大きなものについては、それは深刻な問題です。

II. DWDM: 大容量、長距離、高コスト

仕組み

DWDM はチャネルを非常に近くにパックします。 ITU-T G.694.1 規格では、0.4 nm (50 GHz)、0.8 nm (100 GHz)、および 1.6 nm (200 GHz) の間隔を定義しています。ほとんどのシステムはおよそ 1525 nm ～ 1565 nm の C 帯域で動作しますが、新しいシステムはさらに多くの容量を確保するために L- 帯域にも進出しています。

チャネルが非常に近接しているため、DWDM 機器はより正確でなければなりません。レーザーの安定性を維持するには、積極的な冷却と波長のロックが必要です。-フィルターにはさらに多くのコーティング層が必要です。これらすべてが製造コストとシステム価格を押し上げます。しかし、得られるものは劇的です。単一のファイバー ペア上に 40、80、96、さらには 160+ 個のチャネルがあり、それぞれが 10、100、または 400 Gbps で動作します。

-現実世界の例: バックボーン ネットワーク

主要なインターネット バックボーンを見てみると、DWDM が使用されています。 Google のデータセンターを世界中に接続するプライベート ファイバー ネットワークは、毎秒数百テラビットを伝送できる DWDM インフラストラクチャ上で実行されます。 Google の 2022 年のインフラストラクチャ開示によると、同社のバックボーン ネットワークは DWDM システムで 400G 波長を使用しており、高度な変調形式を使用して 1 波長あたり 800G まで拡張する予定です。

出典: Google Cloud Next 2022 基調講演および Google ネットワーク インフラストラクチャ チームのブログ投稿「地球規模のネットワークの構築」（2022 年）参照: Journal of Lightwave Technology、Vol. 40、No. 11 -「海底および地上 DWDM システムの動向」。

海底ケーブルも、DWDM が唯一の現実的な選択肢となる分野です。 2Africa ケーブル システムは、全長 45,000 km を超える世界最長の海底ケーブルの 1 つであり、アフリカ、ヨーロッパ、アジア間のトラフィックの伝送に完全に DWDM に依存しています。これを実現できるテクノロジーは他にありません。ケーブルに沿って 50-80 km ごとに配置された EDFA アンプは、すべての DWDM チャネルを一度にブーストするため、超長距離伝送が経済的に可能になります。-

出典: メタとパートナーの 2Africa ケーブル発表 (2021 年)。 SubCom および Alcatel Submarine Networks (ASN) からの技術仕様。

本当の利点: EDFA 互換性

EDFA の互換性という点は十分に注目されていないと思います。 C- 帯域で DWDM を使用する場合、単一の EDFA でファイバー上のすべてのチャネルを同時に増幅できます。信号を電気的形式に変換してから、再度光に変換する必要はありません。これにより、システムがシンプルに保たれ、待ち時間が短縮され、数千キロメートルにわたるリンクの構築が現実的になります。これが、DWDM が長距離ネットワークとバックボーン ネットワークを支配する最大の理由です。-

Ⅲ． CWDM と DWDM: 並べて--

早見表

ここでは、ネットワーク計画にとって最も重要な側面において 2 つのテクノロジーをどのように比較するかを簡単に示します。

どれを選ぶべきですか?

正直な答え: リンクが 80 km 未満で、チャネル数が 18 以下でチャネルあたり 10 Gbps 未満が必要な場合、CWDM を使用すると実質コストを節約できます。 Dell'Oro Group の光トランスポートに関する 2021 年のレポートでは、80 km 未満のエンタープライズおよびメトロ アクセスの展開では CWDM が引き続き主要な選択肢であり、DWDM の代替手段と比較して初期資本支出を 30 ～ 60% 削減できると述べています。

出典: Dell'Oro Group、「光伝送市場レポート Q4 2021.」、2022 年 1 月のメトロ ファイバーのトレンドに関する Light Reading の報道でも参照されています。

18 を超えるチャネル、80 km を超える到達距離が必要な場合、または数百 Gbps またはテラビットまで拡張する必要があるものを構築している場合は、DWDM が最適です。初期費用が高くなるのは事実ですが、CWDM で到達する容量の上限も同様です。多くの通信事業者は、コスト削減のために CWDM を導入し、トラフィックが増大すると 5 年以内に廃止して置き換えなければならないという苦労の末にこのことを学びました。

注目すべき点が 1 つあります。実際のネットワークの多くでは、両方のテクノロジーが共存しています。 DWDM はバックボーン層とコア層を処理します。 CWDM はアクセス エッジとディストリビューション エッジをカバーします。これは妥協ではありません。実際、各テクノロジーを最適な場所に使用したスマートなデザインです。

結論

CWDM と DWDM は競合する製品ではありません。これらはさまざまな仕事のためのツールです。 CWDM はシンプルで手頃な価格であり、中程度の容量が必要な短いリンクに適しています。-大容量、長距離、または今後何年にもわたって拡張できるネットワークが必要な場合、DWDM は唯一の本格的なオプションです。

一つアドバイスをするなら、今日だけの計画を立てないでください。テクノロジーを導入する前に、今後 5 ～ 7 年間のトラフィック増加の予測を検討してください。現在は完璧に見える CWDM 導入も、データ ニーズが予想よりも早く増大すると、すぐに頭の痛い問題になる可能性があります。 DWDM は初期費用が高くなりますが、長期的にははるかに優れています。

幸いなことに、光ネットワーキング業界は十分に成熟しており、両方のテクノロジーが十分にサポートされ、十分に文書化されており、複数のベンダーから入手できるようになっています。{0}キャンパス リンクを構築している場合でも、大陸のバックボーンを構築している場合でも、ツールは存在します。重要なのは、正しいものを使用していることを確認することだけです。