光データネットワーキング
今日定義されているように、IP over WDMは、データネットワークと光ネットワークが提供できる機能の制限的な見方を課します。光レイヤでネットワーク機能を完全に使用するのではなく、単一のプロトコルスタックによって導入される制約は、一部のネットワークアプリケーションでは非常に制限されます。
上記のネットワーキングの傾向には、さまざまなプロトコルスタック、ネットワークアーキテクチャ、およびクライアント信号に依存しない方法での保護と復元のオプションをサポートできる光ネットワーキングプラットフォームが必要です。ポイントツーポイントWDMを介したPOSの選択は、高速データネットワークの一部のネットワークアプリケーションに最適ですが、すべてではありません。また、これらの将来のデータネットワークを実装および展開するために選択された光プラットフォームは、新しい予期しないプロトコルスタックマッピングに簡単に対応でき、中間のプロトコル変換を必要とせずに光レイヤネットワークから同じネットワーク機能を受信できるようにする必要があります。
光データネットワーキングは、プロトコルスタックとネットワークアーキテクチャの不均一性を軽減しようとせず、不均一性を利用して、特定のアプリケーションとネットワークプロバイダーセグメントごとにカスタマイズされたネットワークソリューションを提供する代替アプローチです。光データネットワーキングは、サービス層とトランスポート層の両方でネットワーキング機能を組み合わせたものです。
光データネットワーキングの主成分
OTNでサポートされるクライアント信号タイプの多様性に反映されるプロトコルスタックの多様性は、デジタルラッパーの使用によって対応されます。真の光ネットワーキング機能を使用すると、OChルーティング、障害とパフォーマンスの監視、保護、および復元を介して、柔軟性と堅牢性が向上します。これらはすべて、OChごとに選択的に実行されます。これらすべての要素を組み合わせることで、将来を見据えた強力で柔軟なネットワーキングソリューションが実現し、データサービスプロバイダーの特定のビジョンに開かれます。
このテクノロジーは、チャネル容量のアップグレード、チャネルの追加/ドロップ、再ルーティングとトラフィック分散、あらゆるタイプのネットワークトポロジと保護システム、および同期をサポートするために、費用効果が高く、より柔軟です。主なコンポーネントは次のとおりです-
- TP(トランスポンダー)
- VOA(可変光減衰器)
- MUX(マルチプレクサ)
- DEMUX(デマルチプレクサ)
- BA(ブースターアンプ)
- ライン(OFCメディア)
- LA(ラインアンプ)
- PA(プリアンプ)
- OSC(光監視チャネル)
トランスポンダ
このユニットは、STM-nワイドパルス光信号とMUX / DEMUX機器間のインターフェースです。この光信号は、同じ場所に配置されているか、さまざまな物理媒体、さまざまなプロトコル、およびトラフィックタイプから送信されている可能性があります。広いパルス信号を、1.6 nmの間隔でナノメートル(nm)のオーダーの狭い波長(スポットまたはカラー周波数)に変換します。MUXに送信します。
逆方向では、DEMUXからのカラー出力がワイドパルス光信号に変換されます。出力電力レベルは、両方向で+ 1〜–3dBmです。変換は、2Rまたは3R方式で、光から電気、および電気から光(OからEおよびEからO)です。
2Rでは、再生と再整形が実行され、3Rでは、再生、再整形、および再タイミングが実行されます。TPは、波長の色とビットレートに依存するか、両方で調整可能です(コストがかかり、使用されません)。ただし、2Rでは、任意のビットレート、PDH、STM-4、またはSTM-16がチャネルレートになる可能性があります。ユニットには、受信機の感度と過負荷ポイントに制限があります。
中間の電気段にはアクセスできませんが、STN-nのオーバーヘッドバイトは監視目的で使用されます。このユニットは、ITU-T勧告G.957に基づく光安全操作(ALS)もサポートします。
可変光減衰器(VOA)
これは、システムにロードされているチャネルの数に関係なく、Muxユニットの個々のチャネルの光出力パワーが同じままになるようにEDFA帯域全体で信号レベルの均一な分布を調整するために必要なプリエンファシスのようなパッシブネットワークです。
光減衰器は、信号レベルを下げるために使用される単純なポテンショメータまたは回路に似ています。減衰器は、パフォーマンステストを実行する必要がある場合に常に使用されます。たとえば、リンクの信号レベルを変更することによってビットエラーがどのように影響を受けるかを確認します。1つの方法は、図に示すように、光信号がさまざまな暗さのガラス板を通過してから光ファイバーに戻るという正確な機械的セットアップを行うことです。
ガラス板の灰色の密度は、一方の端が0%からもう一方の端が100%の範囲です。プレートがギャップを横切って移動すると、多かれ少なかれ光エネルギーが通過できるようになります。このタイプの減衰器は非常に正確で、あらゆる光の波長を処理できます(プレートは波長に関係なく、あらゆる光エネルギーを同じ量だけ減衰させるため)が、機械的に高価です。
マルチプレクサ(MUX)およびデマルチプレクサ(De-MUX)
DWDMシステムは、単一のファイバーを介して複数のステーションから信号を送信するため、着信信号を組み合わせるための何らかの手段を含める必要があります。これは、複数のファイバーから光の波長を取得し、それらをビームに収束させるマルチプレクサーの助けを借りて行われます。受信側では、システムは光ビームの透過波長を分離して、目立たないように検出できるようにする必要があります。
デマルチプレクサは、受信したビームをその波長成分に分離し、それらを個々のファイバに結合することによって、この機能を実行します。
マルチプレクサとデマルチプレクサは、設計においてパッシブまたはアクティブのいずれかになります。パッシブデザインはプリズム、回折格子、またはフィルターを使用し、アクティブデザインはパッシブデバイスと調整可能なフィルターを組み合わせます。
これらのデバイスの主な課題は、クロストークを最小限に抑え、チャネル分離(2つの隣接するチャネル間の波長差)を最大化することです。クロストークは、チャネルがどの程度分離されているかを示す尺度ですが、チャネル分離とは、各波長を区別する機能を指します。
マルチプレクサ/デマルチプレクサの種類
プリズムタイプ
プリズムを使用して、波長の多重化または逆多重化の単純な形式を実行できます。
多色光の平行ビームがプリズム表面に衝突し、各成分の波長は異なって屈折します。これはrainbow effect。出力光では、各波長が次の波長から角度で分離されています。次に、レンズは各波長をファイバーに入る必要のあるポイントに集束させます。コンポーネントは、1つのファイバに異なる波長を多重化するために逆に使用できます。
回折格子タイプ
別の技術は、回折と光干渉の原理に基づいています。多色光源が回折格子に当たると、各波長は異なる角度で回折され、したがって空間内の異なる点に回折されます。次の図に示すように、レンズを使用すると、これらの波長を個々のファイバーに焦点を合わせることができます。Bragg gratingは、波長選択ミラーとして使用できる単純な受動部品であり、DWDMシステムでチャネルを追加およびドロップするために広く使用されています。
ブラッググレーティングは、紫外線レーザービームを使用して、位相マスクを介してモノモードファイバーのコアを照射することによって作成されます。ファイバには、リン、ゲルマニウム、またはホウ素がドープされており、感光性があります。光がマスクを通過した後、フリンジパターンが生成され、ファイバーに「印刷」されます。これにより、ファイバーコアガラスの屈折率が永続的に周期的に変調されます。完成したグレーティングは、ブラッグ波長(高屈折率領域と低屈折率領域の間の光学間隔の2倍に等しい)で光を反射し、他のすべての波長を透過します。
調整可能なブラッググレーティング
ブラッググレーティングは圧電素子に接着できます。エレメントに電圧を印加することにより、エレメントが伸び、グレーティングが伸び、ブラッグ波長がより長い波長にシフトします。現在のデバイスは、150vの入力に対して2nmのチューニング範囲を提供できます。
アレイ導波路回折格子
アレイ導波路回折格子(AWG)も回折原理に基づいています。光導波路ルーターまたは導波路回折格子ルーターと呼ばれることもあるAWGデバイスは、隣接するチャネル間の経路長に一定の差がある湾曲したチャネル導波路のアレイで構成されます。導波管は、入力と出力でキャビティに接続されています。
光マルチプレクサ
光が入力キャビティに入ると、光は回折されて導波路アレイに入ります。したがって、各導波路の光路長の違いにより、ファイバのアレイが結合されている出力キャビティに位相遅延が発生します。このプロセスにより、出力ポートに対応するさまざまな場所で最大の干渉を持つさまざまな波長が生成されます。
多層干渉フィルター
別の技術では、薄膜フィルターまたは多層干渉フィルターと呼ばれるデバイスで干渉フィルターを使用します。薄膜からなるフィルターを光路に配置することにより、波長を逆多重化することができます。各フィルターの特性は、1つの波長を透過し、他の波長を反射するというものです。これらのデバイスをカスケード接続することにより、多くの波長を逆多重化できます。
フィルタは、適度なコストでチャネル間の優れた安定性と分離を提供しますが、挿入損失が高くなります(AWGはフラットなスペクトル応答と低い挿入損失を示します)。フィルタの主な欠点は、温度に敏感であり、すべての環境で実際に使用できるとは限らないことです。ただし、それらの大きな利点は、多重化操作と逆多重化操作を同時に実行するように設計できることです。
OMのカップリングタイプ
カップリングOMは、2つ以上のファイバーがはんだ付けされた相互作用する表面です。通常、OMに使用され、その動作原理を次の図に示します。
カップリングOMは、製造コストの低い多重化機能しか実行できません。その欠点は、高い挿入損失です。現在、ZTWEのDWDM機器で使用されているOMはカップリングOMを採用しています。ODはAWGコンポーネントを採用しています。
ブースターアンプ(光増幅器)
減衰のため、再生が必要になる前に、ファイバセグメントが信号を完全に伝搬できる時間には制限があります。光増幅器(OA)が到着する前は、送信されるすべての信号に対してリピーターが必要でした。OAにより、Optical-Electrical-Optical(OEO)変換なしで、すべての波長を一度に増幅することが可能になりました。光リンクで(リピータとして)使用されることに加えて、光増幅器は、多重化後または逆多重化前に信号電力をブーストするためにも使用できます。
光増幅器の種類
すべての光ルートで、光増幅器はシンプレックスモードのリピーターとして使用されました。1本のファイバーはセンドパスで使用され、2本目のファイバーはリターンパスで使用されました。最新の光増幅器は、同時に2方向に動作します。2つの異なるビットレートを使用すれば、2つの方向で同じ波長を使用することもできます。したがって、シングルファイバをデュプレックス動作に使用できます。
光増幅器はまた、異なる波長で動作する信号の範囲を通過させるのに十分な帯域幅を持たなければなりません。たとえば、スペクトル帯域幅が40 nmのSLAは、約10個の光信号を処理できます。
565 mb / sシステムでは、500 kmの光リンクの場合、83kmの間隔で5つのSLA光増幅器が必要です。各アンプは約12dBのゲインを提供しますが、システムにノイズを導入します(BERは10-9)。
SLAアンプには次の欠点があります-
- 温度変化に敏感
- 供給電圧の変化に敏感
- 機械的振動に敏感
- Unreliable
- クロストークしやすい
エルビウムドープファイバ増幅器(EDFA)
DWDMシステムでは、EDFAが使用されます。エルビウムは、励起されると約1.54マイクロメートルの光を放出する希土類元素です。これは、DWDMで使用される光ファイバーの低損失波長です。弱い信号がエルビウムドープファイバに入り、ポンプレーザーを使用して980nmまたは1480nmの光が注入されます。
この注入された光は、エルビウム原子を刺激して、蓄積されたエネルギーを追加の1550nmの光として放出します。信号が強くなります。EDFAの自然放出も、EDFAの雑音指数を追加します。EDFAの標準的な帯域幅は100nmであり、光ルートに沿って80〜120kmの間隔で必要です。
EDFAはまた呼ばれる影響に苦しんでいます four-wave-mixing隣接するチャネル間の非線形相互作用によるものです。したがって、増幅器の電力を増やしてリピーター間の距離を大きくすると、クロストークが増加します。
ラマン増幅器
WDMでのSLAおよびEDFA増幅器の使用は、すでに説明したように制限されており、最新のWDMシステムは、約300nmの帯域幅を持つラマン増幅に目を向けています。ここでは、ポンプレーザーはファイバーの受信端にあります。クロストークとノイズが大幅に低減されます。ただし、ラマン増幅では、高ポンプレーザーを使用する必要があります。
ファイバーの分散は、実際には「4光波混合」効果を最小限に抑えるのに役立ちます。残念ながら、初期の光リンクは、これらの同じファイバがWDM信号を伝送するようにアップグレードされた場合、長距離での分散を最小限に抑えるためにゼロ分散ファイバを使用することがよくありました。それらは広帯域光信号にとって理想的な媒体ではありません。
WDM用に特別なモノモードファイバが開発されています。これらには、正と負の分散ファイバーの交互のセグメントがあるため、合計分散はゼロになります。ただし、個々のセグメントは、4光波混合を防ぐために分散を提供します。
ラインアンプ
プリアンプ(PA)とブースターアンプ(BA)で構成される2段EDFAアンプです。2つのステージがないと、EDFAの原理で最大33 dBの信号を増幅することはできません(自然放出によって生成されるノイズを回避するため)。ラインアンプ(LA)は、長距離システムと非常に長距離システムでそれぞれ22dBまたは33dBのライン損失を補償します。それは完全に光学ステージデバイスです。
ライン(OFC)メディア
これは、DWDM信号が通過する光ファイバーメディアです。減衰と分散は、伝送距離やビットレート容量などを決定する主な制限要因です。通常、長距離システムと超長距離システムのホップ長のライン損失は、それぞれ22dBと33dBと見なされます。
非常に長距離のライン波長は、リピーター(LA)なしで120kmになります。ただし、カスケード接続されたリピーターの数が多い場合、長さは最大600 kmになる可能性があり、分散補償モジュールを使用してさらに最大1200kmまで増やすことができます。このような距離を置いた後は、光学ステージのみのリピーターではなく、電気ステージでの再生が必要になります。
プリアンプ(PA)
この増幅器だけが端末で使用され、DEMUXと、離れたステーションからの信号を受信するためのラインを接続します。したがって、減衰されたライン信号は、DEMUXユニットに入る前に+ 3dBmから10dBmのレベルに増幅されます。
光監視チャネル
光学的安全性の提供なしに、より低い光学レベルの別の波長(ITU-T勧告G-692による1480 nm)で追加データ(2 mbps:EOW、ユーザー固有データなど)を送信する機能。メインのSTM-n光トラフィック信号とは独立して、OSCによって実行されます。セレクティブおよびオムニバスチャネルのEOW(0.3〜3.4 KHz)は、8ビットPCMコードで64kbpsです。
光監視チャネル(OSC)は、光回線デバイスの制御と監視、およびLCTを使用して達成される障害の場所、構成、パフォーマンス、セキュリティの管理に役立ちます。