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Data Center Day Würzburg
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22.10.2019 - 22.10.2019
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CWDM beseitigt Engpässe im Backhaul

CWDM beseitigt Engpässe im Backhaul
Eine der grössten Herausforderungen, die Netzwerkbetreiber heute bewältigen müssen, ist sicherlich das dramatische anhaltende Wachstum des mobilen Datenverkehrs. Traditionelle Mobiltelefone, vor allem aber Smartphones, PDAs, elektronischer Handel und neue 4G-, Wi-Max- und LTE-Services erfordern viel Bandbreite und tragen dazu bei, die Kapazitäten vorhandener Backhaul-Verbindungen im Mobilfunk zu überlasten. So nehmen Probleme mit der Bodeninfrastruktur, die zuvor vor allem bei Verbindungen von Verteilungs- bzw. Aggregationsknoten zu Funkzellen in Städten und urbanen Bereichen auftraten, weiter zu und weiten sich nun auch auf Industriestandorte und ländliche Gebiete aus.

Das Problem wird durch die klassische Schwachstelle in mobilen Backhaul-Lösungen verursacht: Es gibt nicht ausreichend Fasern zur Unterstützung hoher Bandbreiten. Hinzu kommt, dass viele Drahtlosanbieter entweder dedizierte Links über die Verbindungen des Netzbetreibers wünschen bzw. benötigen und traditionell die Bereitstellung einzelner Stränge im Backhaul der ersten Meile vorschreiben.

Cube Optics (CUBO) hat dieses grundlegende Problem der Bandbreitenerschöpfung für Telekommunikationsunternehmen, HFC, Rechenzentren und drahtlose Backhaul- und Zugangsinfrastruktur gelöst. CUBO hat vielen Netzbetreibern dabei geholfen, schnell und effizient Coarse Wave Division Multiplexing (CWDM)-Lösungen bereitzustellen. Diese stellen einen kostengünstigen, rasch zu installierenden, zukunftssicheren, latenzarmen sowie protokollkonformen Ansatz zur Behebung der Glasfaserüberlastung in mobilen Backhaul-Lösungen dar – ohne den beträchtlichen Platz- und Strombedarf bei der Wartung aktiver Systeme.

Warum CDWM?

Einfach gesagt: CWDM ermöglicht in den meisten Fällen eine kosteneffektive und elegante Lösung der Bandbreitenprobleme in Backhaul-Lösungen und entspricht quasi perfekt dem alten Prinzip von Ockham: "Wenn alles andere gleich ist, ist die einfachste Lösung besser als komplexere Lösungen". Ausgeklügelte, kostspielige und wartungsintensive aktive optische Geräte können das Problem mit drahtlosen Backhaul-Lösungen zwar tatsächlich beheben, doch in den meisten schiessen dafür die technischen Anforderungen, die CAPEX und die OPEX in die Höhe. CWDM-Ausrüstung erweitert die Kapazität vorhandener Glasfaserinfrastruktur, sodass einzelne Fasern im Prinzip als verschiedene optische Verbindungen dienen, die problemlos Geschwindigkeiten von 10 Gb/s und mehr über Entfernungen von bis zu 80 km bieten können. Der CWDM-Ansatz von CUBO nutzt passive optische Technologie, um die Telcordia-Betriebsbedingungen für Aussenanlagen (-40 bis +85 °C) zu erfüllen, ohne elektrischen Strom zu benötigen. Gleichzeitig kann CWDM-Kapazität die Vorteile des ganzen 18-Kanal-ITU CWDM-Netzes in extrem kompakten Formfaktoren nutzen.

Massgeschneiderte Lösungen werden routinemässig angepasst, um Optionen für ergänzende oder überlagerte optische Links zu unterstützen, inklusive RFoG, Fibre Channel, bis zu 80 DWDM-Kanälen, WDM-LAN-Kanälen oder auch komplett individualisierten Merkmalen wie Überwachungsanschlüsse, sichere Kanäle oder Wellenlängen, die nicht dem Standard entsprechen. Die Verbindungsanforderungen für Masten von Serviceprovidern, zu denen dedizierte Kanalwellenlängen und in manchen Fällen auch dedizierte Faserverbindungen gehören, lassen sich deutlich leichter verwalten, wenn die Lösung WDM-Methoden umfasst.

Bei der Planung von Mobilfunkkapazitäten sollten auch die architektonischen Alternativen sowie die Frage berücksichtigt werden, wie die ausgewählte Architektur langfristiges Kapazitätswachstum unterstützen kann. Für Banken und geschäftskritische Datenverbindungen ist mit Blick auf die Sicherheit ausserdem eine Nutzung von Wellenlängensegregation wichtig. CWDM bietet verschiedene Möglichkeiten zur Aufrüstung, Überlagerung, Partitionierung, Segregation und/oder anderweitigen Erweiterung und Einrichtung von Backhaul-Verbindungen. Einschränkungen alter Netzwerke sowie Optionen zur Veränderung der Netzwerkarchitektur in Erwartung neuen Subskriptions- und Kapazitätswachstums lassen sich so effektiv unterstützen, ohne dass Änderungen an der vorhandenen Infrastruktur vorgenommen werden müssen. Der Vorteil: Investitions- und Betriebskosten sinken deutlich.

Aufrüstung von Backhaul-Architekturen

Die Darstellung unten veranschaulicht ein typisches Backhaul-Netzwerk in Aussenanlagen (OSP). Der Zubringerkabel reicht oft mehrere Kilometer von der Vermittlungszentrale (CO) bis zu einem Remote Terminal (RT), das sich in der Nähe des drahtlosen Sendemasts oder der Funkzelle befindet. Dabei kommt häufig eine vorhandene Verbindung zum Einsatz, die vielfach nur eine begrenzte Anzahl von 6, 8 oder 12 Fasersträngen aufweist.

Dabei verlaufen elektrische Stromkabel und das optische Kabel oft entlang des gleichen Schachts. Die Verbindung von  Bandübergängen in Kupfer (Twisted Pair / Koax)  über die RC-tragenden Mobiltelefon bzw. Mikrowellen-Relayservices der Community (Polizei, Notarzt, Feuerwehr). WIMAX- und andere private dedizierte bzw. industrielle und militärische Antennen können sich auf dem Turm befinden. Die Infrastruktur und/oder Faser kann einem Betreiber gehören, während ein drittes Unternehmen die Turminfrastruktur vom Betreiber mietet.

Alte Faserinstallationen, die entsprechend relativ geringe Bandbreiten bieten (2G- und manche 3G-Services) lassen sich durch Aufrüstung der Geschwindigkeiten von CO- und RT-Transceivern oder ein Hinzufügen von Blöcken mit CWDM-Kanälen, die vier Wellenlängen haben, relativ leicht erweitern. Bandbreitenintensive 4G- und LTE-Services setzten in den meisten Fällen jedoch eine Erweiterung der optischen Bandbreite der CO-/RT-Verbindung und vielfach die Umwandlung der RT-/DT-Links sowie der koaxialen Turmfallleitungen in Glasfaserverbindungen voraus.

Der Grossteil der Kosten, die mit der Verlegung/Aufrüstung zusätzlicher physischer Kabel verbunden sind, beinhaltet das Kabeleinbetten und Kanaleinrichten – egal ob Twisted Pair-, Koax-, Strom- oder Glasfaserkabel verlegt werden. Wenn sich die Gelegenheit dazu ergibt, bietet die Verlegung von flexiblen und zukunftssicheren optischen Kabeln eine extrem hohe Investitionsrendite (ROI), wenn Arbeiten an der Schacht- oder Leitungsinfrastruktur erwogen werden. Aufrüstung auf Glasfaserverbindungen in Türmen für 4G und LTE.

Wenn Glasfaserkabel bereitgestellt werden, werden in der Regel grössere Kabel (48 Stränge und mehr) ausgewählt, da die Gesamtkosten für das Projekt von der Zahl der optischen Stränge im Kabel nur wenig beeinflusst werden. Zukünftige Kapazitätsbeschränkungen lassen sich praktisch über DT hinaus eliminieren. Der Engpass wird nun die Zubringerverbindung der Backhaul-Lösung. Auf ähnliche Weise ist die Aufrüstung des CO-/RT-CDWM-Bestandteils der Verbindung in den Aussenanlagen mit CWDM anderen Optionen, die einen erneuten Schachtaushub erfordern, deutlich überlegen. Dabei gilt: Je länger der Schacht ist, desto höher sind die relativen Kostenvorteile einer Bereitstellung von CWDM.

Nutzen Sie die Vorteile von CWDM

Erhöhen Sie die Kapazität von der Vermittlungszentrale hin zu DT mithilfe von WDM und steigern Sie die Kapazität vorhandener DT/WSPx-Fasern, indem Sie die Bitrate erhöhen. Dafür werden aus dem Zubringerkabel lediglich zwei Fasern benötigt (woudurch sich möglicherweise sogar RT entfernen lässt).

Steigern Sie die Kapazität von der Vermittlungszentrale zu DT, während Sie gleichzeitig WDM-Kanäle bis zu den WSPs erweitern. Im neuen Glasfaserkabl gibt es genügend Fasern, um Fasern aus dem CWDM-Gehäuse bis zu den Multiplexern der einzelnen WSPs dediziert zuzuweisen.

Eine andere Architektur, bei der CWDM zum Einsatz kommt, besteht aus dem Aneinanderreihen von Funkzellen entlang einer Faser (in diesem Fall vier) unter Verwendung der Add/Drop-Funktionen von CWDM. Hier bedient eine Vermittlungszentrale 4 Funkzellen mit 4 Wellenlängenpaaren. In jeder Funkzelle wird ein Wellenlängenpaar hinzugefügt/fallengelassen. Die Funkzellen können sich Dutzende von Kilometern von der Vermittlungszentrale entfernt befinden, sodass eine Minimierung der Einfügungsdämpfung und Auswahl der geeigneten optischen Leistung der Transceiver hohe Priorität haben. Invididuelle Funkzellen können in Podesten, kleinen Schränken oder auch hängenden oder vergrabenen Pods untergebracht sein.

Die ultrakompakte Form von Cube Optics CWDM Add/Drop-Multiplexern (ADMs) wird in grosser Zahl mit unterschiedlichen Gehäusen und Spleisskassetten – zum Beispiel mit denen von Tyco-FIST, ADC, Corning, 3M, Multilink und PFP – in Remoteknoten bereitgestellt, welche sich in unkontrollierten Umgebungen befinden. Fusionsspleissen ist meist die bevorzugte Methode zum Anschliessen der Geräte, obwohl Lösungen mit Steckverbindern genauso gut funktionieren – wenn es die Dämpfungsmargen zulassen.

Je nach regulatorischer Lage oder Rechtsprechung sind möglicherweise nicht alle denkbaren WDM-Upgrade-Konfigurationen umsetzbar. Erstens können Telekommunikationsvorschriften zum Beispiel bestimmtes digitales Multiplexing von Daten oder Kanälen bestimmter Abonnenten (staatliche Institutionen, Sicherheits- und Notfalldienste, finanzielle Netzwerke usw.) untersagen.

Andere Abonnenten bevorzugen traditionell dedizierte Faserstränge, um Datenschutz und interne Netzwerkintegrität zu garantieren. Umstände, die einen Einsatz von dedizierten Fasern vorschreiben, lassen sich problemlos durch Konsignieren von WDM-Kapazitätserweiterungen oder anderen Fasersträngen unterstützen.

Mit Blick auf Latenz spielen in der Regel weitere Überlegungen zu Netzwerkzuverlässigkeit und Nicht-Manipulierbarkeit eine Rolle. Netzwerke, die SONET-Overhead- oder Frame-Relay-Protokolle übertragen, versuchen, Verzögerungen, die durch Bereitstellung, Warteschlangen, Puffern, Schalten oder andere elektronische Verarbeitung entstehen, um jeden Preis zu eliminieren. Dabei sind WDM-Technologien klar einer der effektivsten Ansätze zur Minimierung von Latenz, da durchgehende Verzögerungen im Grunde auf die Übertragungsgeschwindigkeit des optischen Signals durch die optische Verbindung reduziert werden. In den meisten Fällen reichen über Wellenlängen zugewiesene Kanäle für die Erfüllung der Kundenanforderungen aus.

CWDM – Eine Übersicht

Eine alternative Architektur lässt sich durch Verwendung von CWDM-Multiplexern implementieren, um einen Faserstrang (oder ein Faserpaar) aufzuteilen, sodass letztendlich virtuelle Fasern entstehen. CWDM-Multiplexer werden in der Vermittlungszentrale und in einem Remotegehäuse platziert.

Ein CWDM-System nutzt je nach ITU-T-Standardnetz 1 bis 16 Wellenlängen (bzw. 18 Wellenlängen, wenn Low-Water-Peak-Faser bereitgestellt wird). Die Übertragungsausrüstung in der Funkzelle (DS-1, SONET, Ethernet) kann CWDM-Transceiver vom Typ Small Form-Factor Pluggable (SFP) beinhalten. Wenn nicht, lässt sich ein separater CWDM-Transponder nutzen, um ein schwaches 1310-nm-Signal in die gewünschte CWDM-Wellenlänge zu verwandeln.

CWDM-SFPs und -Transponder können ein Dämpfungsbudget von bis zu 28+ dB unterstützen, was eine Glasfaserübertragung über Entfernungen von mindestens 60 km möglich macht (erneut abhängig von der zuvor bereitgestellten Faser). Ein CWDM-System lässt sich besonders leicht skalieren, wenn die Zahl der drahtlosen Abonnenten wächst. Für bestimmte Drahtlosstandorte können zusätzliche Wellenlängen zur Verfügung gestellt werden – lange bevor diese aktiviert werden. Das sorgt für maximale Zukunftssicherheit. In der Regel erlauben es flexible Übertragungsgeschwindigkeiten pro Wellenlänge Mobilfunkanbietern, die Bandbreite zu bestimmten Funkzellen unabhängig von der WDM-Ausrüstung zu erhöhen. Alternativ lässt sich die Verbindungskapazität durch einfaches Hinzufügen/Fallenlassen weiterer Wellenlängen steigern.

In den meisten Fällen eignet sich CWDM-Technologie dazu, die Kapazität in Aussenanlagen (OSP-Infrastruktur) richtig auszubauen, um Engpässe bei der drahtlosen Bandbreite zu beseitigen. Durch ein Überlagern von DWDM-Wellenlängen auf das CWDM-Netz zum Beispiel wird eine dramatische Erweiterung der Kapazität möglich. Eine Implementierung von DWDM-Verbindungen bringt jedoch die kontrollierten Umgebungsgehäuse und eine Bereitstellung entsprechender Transceiver (inkl. der Stromversorgung) mit sich. So kann an DWDM-Add/Drop-Stellen von Remote Terminals mehr Platz benötigt werden.

Abschliessend können vorhandene Zugangsnetzwerke genutzt werden, um die Drahtloskapazität zu erhöhen, wo sich Netzwerkabonnementbereiche mit Mobilfunk-, WiMAX- und privaten Drahtlossystemen überschneiden. In diesen Fällen müssen die Betriebskontinuität und Integrität der alten Abonnentenbasis gewahrt bleiben, während die Bandbreite zu Funkzellen ausgebaut wird. Abbildung 5 veranschaulicht eine solche Situation. Das Netzwerksegment in Abbildung 5 ist in urbanen Gebieten in der Regel Teil einer Ringtopologie, in ländlichen oder wenig bevölkerten Gebieten jedoch oft einer linearen Topologie. Beide Konfigurationen sind möglich. In diesem Fall ergänzt neue Drahtloskapazität die vorhandenen 10-Gb/s-Verbindungen, die Unterbereiche, Unternehmen und Einrichtungen mit den Serverhousings/Verteilungshubs/Kopfstellen verbinden.
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