Bidi-Übertragung - Einführung, Anwendungen, Nachteile und Vorteile

Bidirektionale Übertragung (BiDi) bezeichnet die Möglichkeit, Daten über ein einziges Glasfaserkabel in beide Richtungen gleichzeitig zu senden und zu empfangen. Diese Technik ist in der Glasfaserkommunikation besonders wertvoll, da sie die Kapazität der vorhandenen Glasfaserinfrastruktur effektiv verdoppelt, ohne dass zusätzliche Kabel benötigt werden.

Die BiDi-Übertragung wird durch den Einsatz spezieller optischer Komponenten erreicht, die die Lichtsignale, die sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen, trennen können. Im Folgenden wird die Funktionsweise im Detail erläutert:

Wie funktioniert die BiDi-Übertragung?

Übertragung:

Die Daten werden mit Hilfe eines Lasers oder einer LED in Lichtsignale umgewandelt. In einem BiDi-System verwendet jedes Ende der Glasfaserverbindung eine andere Wellenlänge für die Übertragung. Dadurch können die Signale voneinander unterschieden werden, wenn sie auf derselben Faser hin und her übertragen werden. Die folgende Abbildung zeigt, wie sich die BiDi-Übertragung unterscheidet;

Streuung:

Die Lichtsignale breiten sich durch das Glasfaserkabel aus und transportieren Daten zu ihrem Ziel. Obwohl sie sich im selben physikalischen Medium bewegen, stören sich die Signale mit unterschiedlichen Wellenlängen nicht nennenswert gegenseitig.

Empfang:

Auf der Empfangsseite trennen optische Filter oder WDM-Geräte das eingehende Licht nach seiner Wellenlänge. Der Empfänger wandelt das Lichtsignal dann wieder in Daten um. Jedes Ende der Verbindung empfängt die Wellenlänge, für die sein Transceiver ausgelegt ist, so dass sichergestellt ist, dass die richtigen Daten empfangen werden.

Schlüsselkomponenten von BiDi-Transmissionssystemen

Wellenlängen-Multiplexing (WDM) Geräte:

Die BiDi-Übertragung beruht häufig auf der WDM-Technologie, bei der zwei verschiedene Lichtwellenlängen für die beiden Kommunikationsrichtungen verwendet werden. So kann beispielsweise eine Wellenlänge (z. B. 1310 nm) zum Senden von Daten verwendet werden, während eine andere Wellenlänge (z. B. 1550 nm) für den Empfang von Daten auf derselben Faser verwendet wird.

BiDi-Transceiver:

Es handelt sich um spezielle Transceiver, die für die bidirektionale Kommunikation über eine einzige Faser ausgelegt sind. Jeder Transceiver ist in der Lage, Daten auf einer Wellenlänge zu übertragen und auf einer anderen Wellenlänge zu empfangen. BiDi-Transceiver sind so gepaart, dass jedes Ende der Faserverbindung auf komplementären Wellenlängen sendet und empfängt.

Ausgereifte BiDi-Technologien

Ausgereifte BiDi-Technologien sind in verschiedene Netzwerkausrüstungen integriert und bieten Lösungen für eine Reihe von Datenübertragungsraten, um unterschiedliche Netzgrößen und Anwendungen zu ermöglichen. Im Folgenden finden Sie einen Überblick über einige gängige BiDi-Optionen:

1G BiDi:

Wird in der Regel für die Kommunikation über kurze bis mittlere Entfernungen in einem lokalen Netz (LAN) oder in Campusnetzen verwendet. Diese werden häufig in kleinen Geschäfts- oder Unternehmensnetzen für eine effiziente Datenübertragung eingesetzt.

10G BiDi:

Bietet höhere Datenraten, die für Rechenzentren, Unternehmensnetzwerke und Backhauls von Dienstanbietern geeignet sind. Die 10G-BiDi-Lösungen können längere Entfernungen als 1G unterstützen und eignen sich daher für Metropolitan Area Networks (MANs) oder sogar für einige Langstreckenverbindungen.

25G, 40G, und 100G BiDi:

Dabei handelt es sich um fortschrittliche Optionen, die eine deutlich höhere Bandbreite bieten und für die Anforderungen moderner Rechenzentren, großer Unternehmen und Hochgeschwindigkeits-Netzwerk-Backbones ausgelegt sind. Sie sind besonders vorteilhaft in Szenarien, in denen hoher Datendurchsatz und Bandbreiteneffizienz entscheidend sind.

Vorteile der BiDi-Technologie

• Kosteneffizienz: Die BiDi-Technologie reduziert den Bedarf an zusätzlichen Glasfaserkabeln, deren Installation kostspielig und komplex sein kann, insbesondere in dicht besiedelten oder schwer zugänglichen Gebieten.
• Erhöhte Kapazität: Da BiDidie gleichzeitige Zwei-Wege-Kommunikation auf einer einzigen Glasfaser ermöglicht, verdoppelt sich die Netzkapazität ohne zusätzliche physische Infrastruktur.
• Vereinfachung und Skalierbarkeit: Der Einsatz von BiDi-Modulen vereinfacht die Netzwerkarchitektur und erleichtert die Skalierung des Netzwerks je nach Bedarf.

Nachteile der BiDi-Technologie

• BiDi-Systeme sind auf eine präzise Wellenlängenteilung angewiesen, um die Sende- und Empfangssignale zu trennen. Dies erfordert präzise und stabile wellenlängenspezifische Laser und Filter, die empfindlicher auf Temperaturschwankungen reagieren können und unter Umständen ausgefeiltere Temperaturkontrollmechanismen erfordern.
• Wenn die Wellenlängen nicht ordnungsgemäß isoliert sind, besteht die Gefahr von optischen Interferenzen zwischen den vor- und nachgeschalteten Signalen, was die Signalqualität beeinträchtigen kann.
• Die Aufrüstung von BiDi-Systemen kann komplexer sein als bei herkömmlichen Systemen, da neue Komponenten sorgfältig ausgewählt werden müssen, um die Kompatibilität mit den vorhandenen BiDi-Wellenlängen und -Geräten sicherzustellen.
• Die Diagnose und Lösung von Problemen in einem BiDi-System kann aufgrund der gleichzeitigen Übertragung von Signalen in beide Richtungen auf einer einzigen Faser komplexer sein.
• BiDi-Optiken können aufgrund ihrer Komplexität und der Notwendigkeit einer präzisen Wellenlängensteuerung teurer sein als herkömmliche unidirektionale Optiken.

BiDi-Technologie - Gemeinsame Anwendungen

Die BiDi-Übertragung wird in verschiedenen Bereichen eingesetzt, u. a. in folgenden

• Fiber to the Home (FTTH)-Netze, wo es die Effizienz der Glasfaserverlegung bis zu den einzelnen Wohnhäusern maximiert.
• Verbindungen zwischen Rechenzentren, wo Platz und Glasfaserressourcen knapp sind.
• Metropolitan Area Networks (MANs) und Wide Area Networks (WANs), wo es die Kapazität der bestehenden Glasfaserinfrastruktur erheblich steigern kann.

Überlegungen zur BiDi-Implementierung

• Wellenlängen: Bei der BiDi-Übertragung werden zwei verschiedene Wellenlängen verwendet, normalerweise eine für die Upstream- und eine für die Downstream-Kommunikation. Es ist wichtig, sicherzustellen, dass die Geräte an beiden Enden der Glasfaser die richtigen Wellenlängen für einen ordnungsgemäßen Betrieb unterstützen.
• Kompatibilität: Netzwerkgeräte (wie Switches und Router) müssen mit BiDi-Transceivern kompatibel sein. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass die Geräte die spezifischen BiDi-Standards und Geschwindigkeiten unterstützen, die für Ihr Netzwerk erforderlich sind.
• Entfernung und Budget: Die Entfernung, über die die Daten übertragen werden müssen, und das verfügbare Budget sind wichtige Faktoren. BiDi-Lösungen mit höherer Geschwindigkeit (wie 40G und 100G) können teurer sein, sind aber für große Entfernungen und hohe Kapazitätsanforderungen erforderlich.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die BiDi-Technologie eine flexible und kostengünstige Möglichkeit bietet, die Kapazität von Glasfasernetzen zu erhöhen. Mit Optionen von 1G bis 100G gibt es BiDi-Lösungen für eine Vielzahl von Netzwerkszenarien, von kleinen Unternehmen bis hin zu großen Rechenzentren und Metropolitan Area Networks.