Reti ottiche - Tecnologia WDM
WDM è una tecnologia che consente la trasmissione di diversi segnali ottici da una singola fibra. Il suo principio è essenzialmente lo stesso del multiplexing a divisione di frequenza (FDM). Cioè, diversi segnali vengono trasmessi utilizzando portanti differenti, occupando parti non sovrapposte di uno spettro di frequenze. In caso di WDM, la banda dello spettro utilizzata è nella regione di 1300 o 1550 nm, che sono due finestre di lunghezza d'onda in cui le fibre ottiche hanno una perdita di segnale molto bassa.
Inizialmente, ciascuna finestra veniva utilizzata per trasmettere un singolo segnale digitale. Con l'avanzare dei componenti ottici, come i laser a feedback distribuito (DFB), gli amplificatori in fibra drogata con Erbio (EDFA) e i fotorilevatori, ci si rese presto conto che ciascuna finestra di trasmissione poteva in effetti essere utilizzata da diversi segnali ottici, ciascuno occupante una piccola trazione della finestra di lunghezza d'onda totale disponibile.
Infatti, il numero di segnali ottici multiplexati all'interno di una finestra è limitato solo dalla precisione di questi componenti. Con la tecnologia attuale, oltre 100 canali ottici possono essere multiplexati in una singola fibra. La tecnologia è stata quindi denominata dense WDM (DWDM).
WDM nel lungo raggio
Nel 1995, i vettori a lungo raggio negli Stati Uniti hanno iniziato a implementare sistemi di trasmissione WDM punto-punto per aggiornare la capacità delle loro reti sfruttando le loro infrastrutture in fibra esistenti. Da allora, WDM ha preso d'assalto anche il mercato a lungo raggio. La tecnologia WDM consente di far fronte a requisiti di capacità sempre crescenti, posticipando l'esaurimento della fibra e aumentando la flessibilità per l'aggiornamento della capacità.
Il driver prevalente, tuttavia, è il vantaggio in termini di costi della soluzione WDM rispetto alle soluzioni concorrenti, come Space Division Multiplexing (SDM) o Time Division Multiplexing (TDM) migliorato per aggiornare la capacità di rete. La soluzione WDM "aperta", illustrata nella figura seguente, utilizza transponder nei multiplexer terminali WDM (TM) e amplificatori ottici in linea condivisi da più canali di lunghezza d'onda.
Il transponder è essenzialmente un convertitore 3R opto-elettro-ottico (O / E / O), che converte un segnale ottico conforme allo standard G.957 in un canale di lunghezza d'onda appropriato (e viceversa) mentre ripotenzia, rimodella e ritocca elettricamente il segnale . La soluzione SDM utilizza più coppie di fibre in parallelo, ciascuna dotata di rigeneratori SDH invece di più lunghezze d'onda che condividono lo stesso amplificatore ottico in linea. L'aggiornamento a velocità TDM più elevate (ad esempio, da 2,5 Gb / s STM-16 a 10 Gb / s STM-64) è solo una soluzione di breve durata poiché i problemi di trasmissione come la dispersione non si adattano bene con l'aumento delle velocità TDM, specialmente su standard fibra monomodale.
Un caso di studio ha dimostrato che i sistemi WDM punto-punto a lungo raggio sono chiaramente una soluzione più conveniente rispetto all'SDM, anche per soli tre canali di STM-16. La figura sopra mostra due confronti dei costi di collegamento per il nucleo iniziale di una rete di trasporto costituita da 5000 km in fibra con una distanza media di 300 km tra due città di accesso. Si noti che il punto di riferimento del costo del 100 percento nella figura sopra corrisponde al costo di implementazione di un canale STM-16, incluso il costo della fibra. Due conclusioni possono essere tratte dalla figura sopra.
Come mostrato nella figura seguente, se si considerano solo i costi delle apparecchiature di trasmissione e rigenerazione (cioè, rigeneratori SDH nel caso SDM e WDM TM con transponder con amplificatori ottici in linea nel caso WDM), il costo di collegamento iniziale per l'utilizzo della tecnologia WDM è maggiore del doppio di quello di SDH. Tuttavia, la soluzione WDM è più conveniente per l'implementazione di tre canali e più nella rete, grazie all'uso condiviso dell'amplificatore ottico in linea.
Come mostrato nella figura seguente, se oltre alla considerazione di cui sopra, si considera anche il costo della fibra, il vantaggio di costo del case WDM diventa ancora più evidente e si amplifica all'aumentare del numero di canali. La soluzione WDM è più conveniente per l'implementazione di tre canali e più nella rete.
WDM nel breve raggio
I rigeneratori non sono necessari e le menomazioni ottiche hanno un impatto minore a causa delle distanze limitate nelle reti a corto raggio, quindi i vantaggi del WDM sono meno chiari di quelli delle soluzioni SDM o TDM avanzate. Tuttavia, l'esaurimento delle fibre e i componenti ottici a basso costo stanno ora guidando il WDM nell'area metropolitana.
L'applicazione a corto raggio è relativa all'interconnessione di più Point of Presence (POP) all'interno della stessa città. Prendiamo in considerazione un esempio. La figura seguente mostra che la rete di trasporto ha almeno due POP per città, dove i clienti possono interconnettersi. Con le tecniche di interconnessione a doppio nodo, come drop and continue, le reti dei clienti possono essere interconnesse con la rete di trasporto tramite due diversi POP.
Ciò si traduce in un'architettura molto sicura che può persino sopravvivere a guasti POP senza alcun impatto sul traffico. Pertanto, il flusso di traffico tra due POP in una città è costituito non solo dal traffico che attraversa la città, ma anche dal traffico che termina in città e protetto utilizzando Drop and Continue. Questi maggiori requisiti di capacità all'interno della città hanno portato alla diffusione di WDM nella sezione a corto raggio di una rete di trasporto.
Il motivo principale per cui WDM è preferito rispetto a SDM è perché le fibre in una città devono essere affittate da una terza parte o deve essere costruita una rete in fibra ottica. Il noleggio o la costruzione di fibra urbana non è solo un processo costoso, ma è anche un approccio meno flessibile all'aggiornamento della capacità. In un ambiente dinamico, in cui le distribuzioni e i volumi del traffico evolvono rapidamente, è difficile prevedere in anticipo la quantità di fibra da affittare o costruire. Pertanto, l'utilizzo della tecnologia WDM ha evidenti vantaggi di flessibilità perché i canali di lunghezza d'onda possono essere attivati in un tempo molto breve.
Sebbene nel mondo siano disponibili sistemi WDM specifici a corto raggio, è vantaggioso utilizzare lo stesso tipo di sistema WDM per la sua rete a lungo raggio. Sebbene i sistemi WDM a corto raggio siano meno costosi dei loro omologhi a lungo raggio e grazie ai loro componenti ottici a basso costo possono essere utilizzati, portano a una rete eterogenea, che non è preferita per diversi motivi. Innanzitutto, l'utilizzo di due sistemi diversi comporta un aumento dei costi operativi e di gestione. Ad esempio, una rete eterogenea richiede più parti di ricambio di apparecchiature rispetto a una rete omogenea. In secondo luogo, l'interazione tra due diversi sistemi potrebbe porre problemi. Ad esempio, può verificarsi un collo di bottiglia perché i sistemi WDM a corto raggio in genere supportano meno lunghezze d'onda rispetto ai sistemi WDM a lungo raggio.
Architetture di rete di trasporto ottico
Optical Transport Networking (OTN), come mostrato nella figura seguente, rappresenta un naturale passo successivo nell'evoluzione del trasporto in rete. Da una prospettiva architettonica di alto livello, non ci si aspetterebbe che le architetture OTN differiscano in modo significativo da quelle di SDH. Tuttavia, il fatto che SDH coinvolga l'ingegneria della rete digitale e OTN coinvolga l'ingegneria della rete analogica porta ad alcune distinzioni significative, anche se sottili. L'esplorazione di queste distinzioni ci porta a comprendere gli aspetti di OTN che probabilmente differiranno dalle loro controparti SDH.
Le architetture WDM OTN in evoluzione (comprese le topologie di rete e gli schemi di sopravvivenza) assomigliano molto, se non rispecchiano, a quelle per le reti SDH TDM. Ciò dovrebbe essere sorprendente, tuttavia, poiché sia SDH che OTN sono reti multiplex orientate alla connessione. Le principali differenze derivano dalla forma della tecnologia multiplexing: TDM digitale per SDH vs WDM analogico per un OTN.
La distinzione tra digitale e analogico ha un profondo effetto sui fondamentali compromessi tra costi e prestazioni in molti aspetti della rete OTN e della progettazione del sistema. In particolare, le complessità associate all'ingegneria della rete analogica e alle implicazioni di manutenzione rappresentano la maggior parte delle sfide associate a OTN.
Per soddisfare la necessità a breve termine di guadagno di capacità, i sistemi di linea punto-punto WDM continueranno ad essere implementati su larga scala. Man mano che il numero di lunghezze d'onda e la distanza tra i terminali crescono, aumenta la necessità di aggiungere e / o diminuire le lunghezze d'onda nei siti intermedi. Pertanto, gli ADM ottici riconfigurabili flessibili (OADM) diventeranno elementi integranti delle reti WDM.
Poiché più lunghezze d'onda vengono distribuite nelle reti portanti, aumenterà la necessità di gestire la capacità e i segnali di trasferimento tra le reti a livello di canale ottico. Più o meno allo stesso modo, le DXC sono emerse per gestire la capacità allo strato elettrico, gli Optical Cross-Connects (OXC) emergeranno per gestire la capacità allo strato ottico.
Inizialmente, la necessità di una gestione della larghezza di banda del livello ottico sarà la più acuta nell'ambiente della rete di trasporto principale. Qui, la connettività logica basata su mesh sarà supportata tramite topologie fisiche tra cui anelli di protezione condivisi basati su OADM e architetture di ripristino della mesh basate su OXC. La scelta dipenderà dal grado di larghezza di banda desiderato dal fornitore di servizi "over build" e dai requisiti della scala temporale di sopravvivenza.
Man mano che emergono requisiti di gestione della larghezza di banda simili per gli ambienti metropolitani tra uffici e accesso, le soluzioni OADM basate su anello saranno ottimizzate anche per queste applicazioni: anelli di protezione condivisi ottici per le richieste di mesh e anelli di protezione ottici dedicati per le richieste di hubbing. Quindi, proprio come l'OA è stato l'abilitatore tecnologico per l'emergere di sistemi di linee punto-punto WDM, OADM e OXC saranno gli attivatori per l'emergere dell'OTN.
Poiché gli elementi della rete ottica assumono la funzionalità del livello di trasporto tradizionalmente fornita dalle apparecchiature SDH, il livello di trasporto ottico servirà da strato di trasporto unificante in grado di supportare formati di segnale di rete sia legacy che converged packet core. Naturalmente, sarà previsto il passaggio del fornitore di servizi a OTN sul trasferimento della funzionalità del livello di trasporto "simile a SDH" al livello ottico, in concomitanza con lo sviluppo di una filosofia di manutenzione e delle caratteristiche di manutenzione della rete associate per il livello di trasporto ottico emergente.
La sopravvivenza è fondamentale per il ruolo della rete ottica come infrastruttura di trasporto unificante. Come per molti altri aspetti dell'architettura, la sopravvivenza della rete ottica avrà una somiglianza di alto livello con la sopravvivenza SDH, poiché le topologie di rete ei tipi di elementi di rete sono molto simili. All'interno dello strato ottico, i meccanismi di sopravvivenza continueranno a offrire il ripristino più rapido possibile dai tagli delle fibre e da altri guasti dei supporti fisici, oltre a fornire una gestione efficiente e flessibile della capacità di protezione.
OTN è concettualmente analogo a SDH, in quanto vengono definiti sottolivelli che riflettono le relazioni client-server. Poiché OTN e SDH sono entrambe reti multiplex orientate alla connessione, non dovrebbe sorprendere che gli schemi di ripristino e protezione per entrambi siano notevolmente simili. Vale la pena ripetere la sottile ma importante differenza: mentre il networking TDM si basa sulla manipolazione degli slot temporali digitali, il networking OTN / WDM si basa sulla manipolazione degli slot di frequenza analogica o del canale ottico (lunghezza d'onda). Pertanto, mentre possiamo aspettarci che architetture di protezione e ripristino simili siano possibili con entrambe le tecnologie, i tipi di guasti di rete per i quali è necessario tenere conto in un particolare schema di sopravvivenza possono essere abbastanza diversi.
Sopravvivenza dello strato ottico
Le reti di telecomunicazione devono fornire un servizio affidabile e ininterrotto ai propri clienti. I requisiti di disponibilità complessivi sono dell'ordine del 99,999% o superiore, il che implica che la rete non può rimanere inattiva per più di 6 min / anno in media. Di conseguenza, la sopravvivenza della rete è un fattore importante che influenza il modo in cui queste reti sono progettate e gestite. Le reti devono essere progettate per gestire collegamenti o interruzioni di fibra, nonché guasti alle apparecchiature.
La rete può essere vista come composta da molti livelli che interagiscono tra loro, come mostrato nella figura sopra. Vettori diversi scelgono modi diversi per realizzare le proprie reti utilizzando diverse combinazioni di strategie di stratificazione. I vettori storici fanno uso della loro ampia base installata di apparecchiature SDH e delle ampie capacità di preparazione e monitoraggio dei collegamenti incrociati digitali.
Al contrario, un vettore che offre servizi basati su protocollo Internet (IP) cerca di disporre di un'infrastruttura di rete semplificata utilizzando IP come livello di trasporto di base senza utilizzare SDH. I vettori che si distinguono in base alla qualità (e diversità) dei servizi (QOS) possono utilizzare l'ATM come tecnologia di trasporto. Al di sotto di questi strati si trova lo strato WDM ottico emergente o lo strato ottico.
Lo strato ottico fornisce percorsi di luce agli strati superiori, che possono essere considerati come strati client che fanno uso del servizio fornito dallo strato ottico. I percorsi luminosi sono tubi a commutazione di circuito che trasportano traffico a velocità di trasmissione piuttosto elevate (ad esempio, 2,5 Gb / so 10 Gb / s). Questi percorsi luminosi vengono generalmente impostati per interconnettere apparecchiature a livello di client, come ADM SDH, router IP o switch ATM. Una volta impostati, rimangono abbastanza statici nel tempo.
Lo strato ottico è costituito da OLT (Optical Line Terminals), ADM ottici (OADM) e OXC (Optical Cross-Connects), come mostrato nella figura seguente. Gli OLT multiplexano più canali in una singola fibra o coppia di fibre. Gli OADM rilasciano e aggiungono un numero limitato di canali da / a un flusso WDM aggregato. Un OXC, commuta e gestisce un gran numero di canali in una posizione del nodo ad alto traffico.
Guardiamo la protezione dello strato ottico dal punto di vista dei servizi, in termini di tipi di servizi che devono essere forniti dallo strato ottico allo strato superiore. Confrontiamo quindi i diversi schemi di protezione dello strato ottico proposti in termini di efficienza in termini di costi e larghezza di banda in base al mix di servizi che deve essere supportato. Questo è un po 'diverso, che tende a vedere la protezione del livello ottico come analoga alla protezione del livello SDH.
Perché la protezione dello strato ottico?
I livelli IP, ATM e SDH mostrati nella figura sopra incorporano tutti tecniche di protezione e ripristino. Sebbene questi strati siano stati tutti progettati per funzionare con altri strati, possono anche operare direttamente sulla fibra e quindi non dipendono da altri strati per gestire le funzioni di protezione e ripristino. Di conseguenza, ciascuno di questi strati incorpora le proprie funzioni di protezione e ripristino. Quindi, sorge la domanda, perché abbiamo bisogno dello strato ottico per fornire il proprio set di meccanismi di protezione e ripristino. Di seguito sono riportati alcuni dei motivi:
Alcuni degli strati che operano sopra lo strato ottico potrebbero non essere completamente in grado di fornire tutte le funzioni di protezione necessarie nella rete. Ad esempio, il livello SDH è stato progettato per fornire una protezione completa e, pertanto, non farebbe affidamento sulla protezione del livello ottico. Tuttavia, le tecniche di protezione in altri livelli (IP o ATM) da sole potrebbero non essere sufficienti per fornire un'adeguata disponibilità di rete in presenza di guasti.
Attualmente ci sono molte proposte per far funzionare il livello IP direttamente sul livello ottico senza utilizzare il livello SDH. Sebbene l'IP incorpori la tolleranza agli errori a livello di routing, questo meccanismo è complicato e non abbastanza veloce da fornire un QOS adeguato. In questo caso, diventa importante per lo strato ottico fornire una protezione rapida per soddisfare i requisiti di disponibilità generale dallo strato di trasporto.
La maggior parte dei vettori ha enormi investimenti in apparecchiature legacy che non forniscono alcun meccanismo di protezione, ma non possono essere ignorate. Un'introduzione senza soluzione di continuità dello strato ottico tra questa apparecchiatura e la fibra grezza offre un aggiornamento a basso costo dell'infrastruttura su lunghi collegamenti in fibra con una maggiore capacità di sopravvivenza.
La protezione e il ripristino dello strato ottico possono essere utilizzati per fornire un ulteriore livello di resilienza nella rete. Ad esempio, molte reti di trasporto sono progettate per gestire un singolo errore alla volta, ma non più errori. Il restauro ottico può essere utilizzato per fornire resilienza contro più guasti.
La protezione dello strato ottico può essere più efficiente nella gestione di alcuni tipi di guasti, come i tagli delle fibre. Una singola fibra trasporta più lunghezze d'onda del traffico (ad esempio, flussi 16-32 SDH). Un taglio della fibra, quindi, fa sì che tutti i 16-32 di questi flussi SDH vengano ripristinati indipendentemente dallo strato SDH. Il sistema di gestione della rete è invaso da un gran numero di allarmi generati da ciascuna di queste entità indipendenti. Se il taglio della fibra viene ripristinato sufficientemente rapidamente dallo strato ottico, questa inefficienza operativa può essere evitata.
Significativi risparmi sui costi possono essere ottenuti utilizzando la protezione e il ripristino dello strato ottico.
Limitazioni - Protezione dello strato ottico
Di seguito sono riportati alcuni dei limiti della protezione dello strato ottico.
Non può gestire tutti i tipi di guasti nella rete. Ad esempio, non è in grado di gestire il guasto di un laser in un router IP o di un ADM SDH collegato alla rete ottica. Questo tipo di errore deve essere gestito rispettivamente dal livello IP o SDH.
Potrebbe non essere in grado di rilevare tutti i tipi di guasti nella rete. I percorsi della luce forniti dallo strato ottico possono essere trasparenti in modo tale da trasportare dati a una varietà di velocità di bit. Lo strato ottico in questo caso potrebbe infatti non essere a conoscenza di ciò che esattamente viene trasportato su questi percorsi luminosi. Di conseguenza, non è in grado di monitorare il traffico per rilevare i degradi, come l'aumento dei tassi di errore dei bit, che normalmente richiamerebbero un interruttore di protezione.
Lo strato ottico protegge il traffico in unità di percorsi luminosi. Non può fornire diversi livelli di protezione a diverse parti del traffico trasportato sul percorso luminoso (parte del traffico può essere ad alta priorità, l'altra a priorità inferiore). Questa funzione deve essere eseguita da un livello più alto che gestisce il traffico con questa granularità più fine.
Potrebbero esserci vincoli di budget di collegamento che limitano la capacità di protezione dello strato ottico. Ad esempio, la lunghezza del percorso di protezione o il numero di nodi attraverso i quali passa il traffico di protezione può essere limitato.
Se l'intera rete non è progettata con cura, potrebbero verificarsi condizioni di competizione quando il livello ottico e il livello client tentano entrambi di proteggere il traffico da un errore contemporaneamente.
La tecnologia e le tecniche di protezione devono ancora essere testate sul campo e, pertanto, la diffusione su vasta scala di questi nuovi meccanismi di protezione richiederà alcuni anni.
Definizioni di entità protette
Prima di entrare nei dettagli delle tecniche di protezione e dei compromessi tra di esse, è utile definire le entità protette dallo strato ottico e dallo strato client. Queste entità sono mostrate nella figura seguente.
Porta attrezzatura client
Le porte sull'attrezzatura client potrebbero non funzionare. In questo caso, lo strato ottico non può proteggere da solo lo strato client.
Connessioni all'interno del sito tra il cliente e l'apparecchiatura ottica
I cavi all'interno di un sito possono essere scollegati, principalmente a causa di errori umani. Questo è considerato un evento relativamente probabile. Anche in questo caso, la protezione completa contro tali eventi può essere supportata solo dalla protezione combinata del livello client e del livello ottico.
Schede transponder
I transponder sono schede di interfaccia tra l'apparecchiatura client e lo strato ottico. Queste schede convertono il segnale dall'apparecchiatura client in una lunghezza d'onda adatta per l'uso all'interno della rete ottica, utilizzando la conversione da ottica a elettrica a ottica. Pertanto, il tasso di fallimento di questa carta non può essere considerato trascurabile. Dato il gran numero di queste carte in un sistema (una per lunghezza d'onda), è necessario un supporto di protezione speciale per loro.
Strutture esterne
Questa struttura in fibra tra i siti è considerata i componenti meno affidabili del sistema. I tagli di fibra sono abbastanza comuni. Questa categoria comprende anche gli amplificatori ottici che vengono distribuiti lungo la fibra.
Nodi interi
Un intero nodo può guastarsi a causa di errori del personale di manutenzione (ad esempio, intervento di interruttori automatici) o guasti dell'intero sito. I guasti ai siti sono relativamente rari e di solito si verificano a causa di disastri naturali come incendi, inondazioni o terremoti. I guasti ai nodi hanno un impatto significativo sulla rete e, pertanto, devono ancora essere protetti, nonostante la loro probabilità di accadimento relativamente bassa.
Protezione Vs Restauro
Protectionè definito come il meccanismo principale utilizzato per affrontare un guasto. Deve essere molto veloce (in genere il traffico non deve essere interrotto per più di 60 ms in caso di guasto delle reti SDH). Di conseguenza, i percorsi di protezione di solito devono essere pianificati in anticipo in modo che il traffico possa essere trasferito rapidamente dalle rotte normali alle rotte di protezione.
A causa dei requisiti di velocità, questa funzione viene solitamente eseguita in modo distribuito dagli elementi di rete senza fare affidamento su un ente di gestione centralizzato per coordinare le azioni di protezione. Con l'eccezione dei recenti (e non ancora collaudati) schemi di protezione della mesh veloce, le tecniche di protezione tendono ad essere abbastanza semplici e sono implementate in topologie lineari o ad anello. Finiscono tutti per utilizzare la larghezza di banda di accesso al 100% nella rete.
In contrasto, restorationnon è un meccanismo primario utilizzato per affrontare il fallimento. Dopo che la funzione di protezione è stata completata, il ripristino viene utilizzato per fornire percorsi efficienti o ulteriore resilienza contro ulteriori guasti prima che il primo guasto venga risolto. Di conseguenza, può permettersi di essere piuttosto lento (a volte da secondi a minuti).
I percorsi di ripristino non devono essere pianificati in anticipo e possono essere calcolati al volo da un sistema di gestione centralizzato, senza richiedere una funzione di controllo distribuito. Algoritmi più sofisticati possono essere utilizzati per ridurre la larghezza di banda in eccesso richiesta e possono essere supportate topologie mesh più complesse.
Sottostrati all'interno dello strato ottico
Lo strato ottico è costituito da diversi sottolivelli. Protezione e ripristino possono essere eseguiti su questi diversi strati. Possiamo avere schemi che proteggono singoli percorsi luminosi o canali ottici. Questi schemi gestiscono i tagli delle fibre e il guasto delle apparecchiature terminali, come laser o ricevitori.
Possiamo avere schemi che funzionano a livello di segnale aggregato, che corrisponde allo strato OMS (Optical Multiplex Section). Questi schemi non distinguono tra diversi percorsi luminosi che sono multiplexati insieme e li ripristinano tutti simultaneamente commutandoli come un gruppo.
Il termine protezione a livello di percorso viene utilizzato per indicare schemi che operano su singoli canali o percorsi luminosi e protezione a livello di linea per indicare schemi che operano a livello di sezione multiplex ottico. Fare riferimento alla Tabella 1 per un confronto tra le proprietà degli schemi di percorso e di strati di linea, e la Tabella 2 e la Tabella 3 per i diversi schemi di percorso e di linea.
Tabella 1: Confronto tra protezione di linea e protezione del percorso
| Criterio | Protezione di linea | Protezione del percorso |
|---|---|---|
| Protegge da | Strutture tra uffici Errori del sito / nodo |
Strutture tra uffici Errori del sito / nodo Guasti alle apparecchiature |
| Numero di fibre | Quattro, se viene utilizzato il multiplexing a livello singolo | Due |
| Può gestire guasti / degrado di un singolo percorso | No | sì |
| Supporta il traffico che non deve essere protetto | No | sì |
| Costo dell'attrezzatura | Basso | Alto |
| Efficienza della larghezza di banda | Buono per il traffico protetto | Basso per canali non protetti |
Tabella 2: Confronto tra schemi a strati di linea
| schema | Protegge da | Topologia | Vincoli / carenze | Vantaggi per il cliente |
|---|---|---|---|---|
| 1 + 1 riga | Tagli di linea | Punto a punto | Percorso diverso necessario per proteggere le fibre | Il più semplice da implementare e da utilizzare |
| 1 + 1 riga | Tagli di linea | Punto a punto | Percorso diverso necessario per proteggere le fibre | Supporto per traffico a bassa priorità Perdita inferiore (di circa 3 dB) |
| OULSR | Tagli di linea Difetti dei nodi |
Anello metropolitano | Alterazioni dello strato ottico Esiste un'ulteriore perdita di potenza a causa del ponte dei segnali a livello di linea |
Semplice da implementare e utilizzare Può essere fatto utilizzando elementi passivi (invece di interruttori ottici) |
| OBLSR | Tagli di linea Difetti dei nodi |
Anello metropolitano | Alterazioni dello strato ottico | Riutilizzo della larghezza di banda di protezione Supporto per traffico a bassa priorità |
| Protezione della linea in rete | Tagli di linea Difetti dei nodi |
Qualunque | Limitato da alterazioni dello strato ottico Basato su cross-connect tutto ottico Difficile da gestire |
Efficiente A basso costo |
Tabella 3: Confronto tra schemi Path-Layer
| schema | Protegge da | Topologia | Vincoli / carenze | Vantaggi per il cliente |
|---|---|---|---|---|
| Protezione a livello client | Difetti dell'apparecchiatura del cliente Strutture interne all'ufficio Guasti al transponder Strutture tra uffici Difetti dei nodi |
Qualunque | Richiede diversi percorsi nella rete Il più costoso |
Protezione più ampia |
| Protezione delle apparecchiature 1: N | Guasti al transponder | Lineare o anello | Costo molto contenuto Larghezza di banda efficiente |
|
| 1 + 1 percorso o OUPSR | Strutture tra uffici Difetti dei nodi |
Qualunque | Richiede diversi percorsi nella rete Consumo di larghezza di banda |
Simile alla protezione del cliente Semplice da sviluppare e utilizzare |
| OBPSR | Strutture tra uffici Difetti dei nodi |
Anello virtuale | Riutilizzo della larghezza di banda di protezione Supporta il traffico a bassa priorità |
|
| Protezione del percorso mesh | Strutture tra uffici Difetti dei nodi |
Qualunque | Richiede un OXC Molto complesso da implementare e da utilizzare |
Alta efficienza |
La topologia di rete fisica può essere qualsiasi mesh, che attraversa percorsi luminosi tra i nodi dell'apparecchiatura client. La topologia virtuale dal punto di vista dell'apparecchiatura client è limitata in base al livello client (ad esempio, anelli per SDH). 2La topologia fisica è qualsiasi mesh, mentre la topologia virtuale dei percorsi luminosi è un anello.
Si consideri, ad esempio, i due schemi di protezione mostrati nelle figure seguenti. Entrambi questi schemi possono essere pensati come schemi di protezione 1 + 1, cioè entrambi dividono il segnale all'estremità di trasmissione e selezionano la copia migliore all'estremità ricevente. La Fig. (A) illustra la protezione dello strato di linea 1 + 1, in cui sia la divisione che la selezione vengono eseguite per l'intero segnale WDM insieme. La Fig. (B) rappresenta la protezione del livello del percorso 1 + 1, in cui la divisione e la selezione vengono eseguite separatamente per ciascun percorso della luce.
Livello di linea contro protezione del livello di percorso
Esistono importanti differenze di costo e complessità tra i due approcci. La protezione della linea richiede uno splitter aggiuntivo e il passaggio a un sistema non protetto. Tuttavia, la protezione del percorso richiede uno splitter e uno switch per canale. Ancora più importante, la protezione del percorso richiede in genere il doppio dei transponder e il doppio delle risorse mux / demux della protezione della linea. Pertanto, la protezione del percorso costa quasi il doppio della protezione della linea, se tutti i canali devono essere protetti. La storia cambia, tuttavia, se non è necessario proteggere tutti i canali.
Gli schemi di protezione di base
Un confronto degli schemi di protezione può essere trovato nelle Tabelle -1, 2 e 3. Gli schemi di protezione del livello ottico possono essere classificati più o meno allo stesso modo degli schemi di protezione SDH e possono essere implementati a livello client, a livello di percorso o a livello di linea .
Protezione del cliente
Una semplice opzione è lasciare che lo strato client si occupi della propria protezione e non che lo strato ottico effettui alcuna protezione. Questo potrebbe essere il caso dei livelli client SDH. Sebbene ciò sia semplice dal punto di vista dello strato ottico, è possibile ottenere significativi vantaggi in termini di costi e risparmi di larghezza di banda eseguendo la protezione dello strato ottico. Sebbene il metodo di protezione del client possa supportare reti client punto a punto, ad anello o mesh, è importante notare che dal punto di vista della rete ottica, tutte queste si traducono in supporto di mesh ottica, poiché anche un client point-to-point link può estendersi su un'intera rete mesh ottica.
Nella protezione a livello client, i percorsi client di lavoro e di protezione sono instradati completamente diversi attraverso il livello ottico in modo che non vi siano singoli punti di errore. Inoltre, i percorsi del client di lavoro e di protezione non devono essere mappati su lunghezze d'onda diverse sullo stesso collegamento WDM. Se il collegamento WDM fallisce, entrambi i percorsi andrebbero persi.
Schemi del livello del percorso
Protezione percorso 1 + 1
Questo schema richiede due lunghezze d'onda attraverso la rete, oltre a due serie di transponder a ciascuna estremità. Quando viene applicata a un anello, questa protezione è anche denominata OUPSR (Optical Unidirectional Path Switched Ring) o OCh Dedicated Protection Ring (OCh / DP Ring).
Implementation Notes- Il bridging viene tipicamente eseguito tramite un accoppiatore ottico, mentre la selezione avviene tramite un interruttore ottico 1 x 2. L'estremità ricevente può decidere di passare al percorso di backup senza coordinamento con l'origine.
Anello di commutazione del percorso bidirezionale
Questo schema è vagamente basato sull'anello di commutazione di linea bidirezionale a 4 fibre SDH (BLSR) e si basa sulla larghezza di banda di protezione condivisa attorno all'anello. Quando un percorso luminoso di lavoro fallisce, i nodi si coordinano e cercano di inviare il traffico attraverso la larghezza di banda di protezione designata nella stessa direzione attorno all'anello (per superare i guasti del transponder). Questo è un interruttore span. Se ciò non riesce, i nodi eseguono il ciclo del traffico attorno al percorso alternativo attorno all'anello fino all'altra estremità dell'errore. Questa azione è un interruttore ad anello.
Lo schema consente a percorsi luminosi non sovrapposti di condividere la stessa larghezza di banda di protezione purché non si interrompano insieme. Questo schema è anche chiamato anello di protezione condiviso OCh (OCh / SPRing).
Implementation Notes- Questo schema può essere implementato in un OXC o tramite interruttori molto più piccoli in OADM. Gli interruttori sono necessari per ogni canale di protezione. È simile allo standard SDH BLSR.
Protezione del percorso mesh
Questo schema consente una protezione mesh globale con commutazione molto rapida (in meno di 100 ms) per ogni percorso ottico non riuscito separatamente su un percorso di backup, condiviso da più percorsi luminosi che potenzialmente prendono un percorso diverso per percorso ottico. In caso di errore, viene comunicato a tutti i nodi pertinenti che impostano i percorsi di backup.
Implementation Notes- Questi schemi vengono implementati negli OXC. A causa di vincoli di tempo, i percorsi di backup predefiniti vengono archiviati nei nodi della rete e vengono attivati in base ai tipi di guasto.
Ripristino del percorso della mesh
A differenza della protezione del percorso mesh, questo schema non ha vincoli di tempo rigorosi. Questo dispositivo calcola percorsi alternativi utilizzando la sua topologia e diffonde una nuova informazione di configurazione ai nodi, che impostano questi percorsi. I nodi non hanno bisogno di mantenere alcuna informazione n / w.
Implementation Notes - La natura centralizzata di questo schema garantisce percorsi di protezione più ottimizzati e riduce la complessità di implementazione e manutenzione.
Protezione delle apparecchiature 1: N
Uno dei moduli più complessi (e quindi soggetti a guasti) in un tipico terminale WDM è un transponder. La protezione 1: N designa un transponder di riserva da sostituire in caso di guasto del normale transponder.
Implementation Notes- Questo schema più tipicamente si basa su una lunghezza d'onda protetta designata. In caso di guasto, entrambe le estremità devono commutare utilizzando protocolli di segnalazione veloci, non come APS in SDH.
Schemi di strati di linea
Protezione lineare 1 + 1
Questo schema si basa sul collegamento dell'intero segnale WDM alla rinfusa su una coppia di strutture diversamente instradate. L'estremità ricevente di queste strutture sceglie quindi quale dei due segnali ricevere.
Protezione lineare 1: 1
Questo schema richiede una configurazione simile alla precedente (cioè 1 + 1 lineare), tuttavia il segnale viene commutato sul percorso di lavoro o di protezione, ma non su entrambi. Sebbene ciò aumenti il carico di coordinamento, consente di eseguire traffico a bassa priorità sul percorso di backup (fino a quando non è necessario per proteggere il percorso di lavoro). Comporta anche una minore perdita di potenza ottica dovuta al fatto che l'intera energia del segnale è diretta a un percorso anziché a due.
Implementation Notes- La commutazione viene solitamente eseguita utilizzando un interruttore ottico 1 × 2. Il coordinamento è ottenuto tramite un protocollo di segnalazione rapida.
Anello di commutazione di linea unidirezionale ottico (OULSR)
Lo schema è simile allo schema OUPSR tranne per il fatto che il bridging e la selezione del segnale vengono effettuati per il segnale WDM aggregato. Ciò consente un design più ottimizzato, costi inferiori e implementazioni molto diverse.
Implementation Notes- Un'implementazione di questo schema si basa su accoppiatori passivi che eseguono l'anello ottico in un mezzo di trasmissione. Invece di utilizzare gli OADM, questo schema si basa su OLT semplici, ciascuno accoppiato in anelli sia in senso orario che antiorario, quindi ciascuna delle lunghezze d'onda viene trasmessa e ricevuta su entrambe le fibre. In condizioni normali, il collegamento viene scollegato artificialmente, risultando in un bus lineare, quando il collegamento tagliato in fibra viene ricollegato.
Anello di commutazione di linea bidirezionale
Questo schema è simile allo schema OBPSR sia negli aspetti del protocollo che nelle azioni di protezione utilizzate (span e ring switching). Come tutti gli schemi a livello di linea, il segnale WDM aggregato viene commutato in blocco su una fibra di protezione dedicata (che richiede quattro fibre) o su una banda WDM diversa all'interno di una singola fibra (consentendo solo due fibre, ma richiede uno schema di mux ottico a due stadi ). Questo schema è anche definito come anello di protezione condiviso OMS (OMS / SPRing).
Implementation Notes- Poiché il percorso di backup si avvolge otticamente attorno all'intero anello, potrebbero essere necessari amplificatori di linea ottici lungo il percorso di backup per compensare le perdite. La circonferenza dell'anello è inoltre limitata da altri disturbi ottici. Pertanto, questa opzione si adatta meglio alle applicazioni metropolitane.
Protezione / ripristino della linea di maglia
Questo schema si basa su connessioni incrociate completamente ottiche che deviano il segnale WDM da una struttura guasta su un percorso alternativo e di nuovo all'altra estremità della struttura guasta.
Implementation Notes - Come OBLSR, questo schema è limitato da disturbi ottici che possono svilupparsi lungo percorsi alternativi e richiede un'attenta progettazione ottica.
Considerazioni per la scelta del programma di protezione
I criteri che potrebbero essere utilizzati da un vettore per selezionare gli schemi di protezione da utilizzare nella rete. Nella figura seguente è illustrato un diagramma decisionale semplificato, supponendo che siano necessarie sia l'apparecchiatura che la protezione della linea.
Il costo della protezione
Un altro criterio dal punto di vista del vettore è il costo del sistema in almeno due aspetti:
- Costo dell'attrezzatura
- Efficienza della larghezza di banda
Entrambi dipendono dal mix di servizi del traffico, cioè dalla frazione del traffico che deve essere protetto dallo strato ottico.
La figura seguente mostra il costo dell'attrezzatura degli schemi a strati di percorso e degli schemi a strati di linea equivalenti in funzione del mix di traffico. Se tutto il traffico deve essere protetto, gli schemi del livello di percorso richiedono circa il doppio dell'attrezzatura degli schemi del livello di linea in quanto vi è una minore condivisione delle apparecchiature comuni.
Tuttavia, il costo della protezione dello strato di percorso è proporzionale al numero di canali che devono essere protetti, poiché ogni canale richiede un mux / demux associato e un'apparecchiatura di terminazione. Pertanto, il costo della protezione a livello di percorso diminuisce se è necessario proteggere meno canali. Nel caso in cui non sia necessario proteggere alcun canale, gli schemi a livello di percorso costeranno all'incirca lo stesso degli schemi a livello di linea, supponendo che non venga utilizzata alcuna apparecchiatura comune aggiuntiva.
La storia è diversa dal punto di vista dell'efficienza della larghezza di banda, come mostrato nella figura seguente. In un sistema con protezione di linea, la larghezza di banda di protezione viene consumata per i percorsi ottici che richiedono protezione e per quelli che non richiedono protezione. Nei sistemi di protezione dei percorsi, i percorsi luminosi che non richiedono protezione possono utilizzare la larghezza di banda, consentendo ad altri percorsi luminosi non protetti di utilizzare la larghezza di banda che sarebbe stata altrimenti sprecata in una protezione indesiderata.
Ne consegue che se una gran parte dei percorsi luminosi può essere lasciata non protetta, la protezione a livello di percorso recupera i costi supportando più traffico di lavoro sulla stessa rete rispetto alla protezione a livello di linea.
