光ネットワーク-WDMテクノロジー

WDMは、さまざまな光信号を1本のファイバで伝送できる技術です。その原理は基本的に周波数分割多重（FDM）と同じです。つまり、複数の信号が異なるキャリアを使用して送信され、周波数スペクトルの重複しない部分を占めます。WDMの場合、使用されるスペクトル帯域は1300または1550 nmの領域にあります。これらは、光ファイバーの信号損失が非常に低い2つの波長ウィンドウです。

当初、各ウィンドウは単一のデジタル信号を送信するために使用されていました。分散フィードバック（DFB）レーザー、エルビウムドープファイバ増幅器（EDFA）、光検出器などの光コンポーネントの進歩により、各送信ウィンドウが実際には複数の光信号で使用できることがすぐにわかりました。利用可能な全波長ウィンドウの小さな牽引力。

実際、ウィンドウ内で多重化される光信号の数は、これらのコンポーネントの精度によってのみ制限されます。現在の技術では、100を超える光チャネルを1本のファイバに多重化できます。その後、この技術は高密度WDM（DWDM）と名付けられました。

長距離のWDM

1995年、米国の長距離通信事業者は、既存のファイバーインフラストラクチャを活用しながら、ネットワークの容量をアップグレードするためにポイントツーポイントWDM伝送システムの展開を開始しました。それ以来、WDMは長距離市場も席巻しました。WDMテクノロジーにより、ファイバーの枯渇を延期し、容量アップグレードの柔軟性を高めながら、増え続ける容量要件に対応できます。

ただし、最も普及している要因は、ネットワーク容量をアップグレードするためのSpace Division Multiplexing（SDM）やEnhanced Time Division Multiplexing（TDM）などの競合ソリューションと比較したWDMソリューションのコスト上の利点です。次の図に示す「オープン」WDMソリューションは、複数の波長チャネルで共有されるWDMターミナルマルチプレクサ（TM）およびインライン光増幅器のトランスポンダを利用します。

トランスポンダは、本質的に3R光電気光学（O / E / O）コンバータであり、G.957標準に準拠した光信号を適切な波長チャネルに（またはその逆に）変換すると同時に、信号を電気的にリパワリング、再形成、およびリタイミングします。。SDMソリューションは、複数のファイバペアを並列に使用し、それぞれが同じインライン光増幅器を共有する複数の波長の代わりにSDH再生器を備えています。より高いTDMレート（たとえば、2.5 Gb / sSTM-16から10Gb / s STM-64）へのアップグレードは、分散などの伝送障害がTDMレートの増加に伴って適切にスケーリングされないため、特に標準では、短期間の解決策にすぎません。シングルモードファイバ。

ケーススタディは、長距離のポイントツーポイントWDMシステムが、STM-16のチャネルが3つしかない場合でも、SDMよりも明らかに費用効果の高いソリューションであることを示しています。上の図は、2つのアクセス都市間の平均距離が300kmである5000ファイバーkmで構成されるトランスポートネットワークの初期コアの2つのリンクコストの比較を示しています。上の図の100％のコスト基準点は、ファイバーのコストを含め、1つのSTM-16チャネルを展開するコストに対応していることに注意してください。上の図から2つの結論を導き出すことができます。

次の図に示すように、伝送および再生機器のコストのみを考慮した場合（つまり、SDMの場合はSDH再生器、WDMの場合はインライン光増幅器を備えたトランスポンダを備えたWDM TM）、WDMテクノロジを使用する場合の初期リンクコストは高くなります。 SDHの2倍以上。ただし、WDMソリューションは、インライン光増幅器を共有して使用するため、ネットワークに3つ以上のチャネルを展開する場合の費用効果が高くなります。

次の図に示すように、上記の考慮事項に加えて、ファイバコストも考慮すると、WDMの場合のコスト上の利点がさらに明らかになり、チャネル数が増えるにつれて増幅されます。WDMソリューションは、ネットワークに3つ以上のチャネルを展開する場合により費用効果が高くなります。

短距離のWDM

短距離ネットワークでは距離が限られているため、再生器は不要であり、光障害による影響は少ないため、WDMの利点はSDMまたは拡張TDMソリューションの利点よりも明確ではありません。しかし、ファイバーの枯渇と低コストの光コンポーネントが、現在、大都市圏でWDMを推進しています。

短距離アプリケーションは、同じ都市内の複数のPoint of Presence（POP）の相互接続に関連しています。例を考えてみましょう。次の図は、トランスポートネットワークに都市ごとに少なくとも2つのPOPがあり、顧客が相互接続できることを示しています。ドロップアンドコンティニューなどのデュアルノード相互接続技術を使用すると、顧客ネットワークを2つの異なるPOPを介してトランスポートネットワークと相互接続できます。

これにより、トラフィックに影響を与えることなくPOP障害に耐えることができる非常に安全なアーキテクチャが実現します。したがって、都市内の2つのPOP間のトラフィックフローは、都市を通過するトラフィックだけでなく、都市で終端され、ドロップアンドコンティニューを使用して保護されるトラフィックで構成されます。これらの都市内容量要件の増加により、トランスポートネットワークの短距離セクションにWDMが導入されました。

SDMよりもWDMが好まれる主な理由は、都市のファイバーをサードパーティからリースするか、光ファイバーネットワークを構築する必要があるためです。都市繊維のリースまたは構築は、費用のかかるプロセスであるだけでなく、容量をアップグレードするための柔軟性の低いアプローチでもあります。トラフィックの分布と量が急速に変化する動的な環境では、リースまたは構築されるファイバーの量を事前に予測することは困難です。したがって、WDMテクノロジーを使用すると、波長チャネルを非常に短時間でアクティブ化できるため、明確な柔軟性の利点があります。

特定の短距離WDMシステムが世界中で利用可能ですが、長距離ネットワークに同じタイプのWDMシステムを使用することは有利です。短距離WDMシステムは、長距離対応システムよりも安価であり、低コストの光コンポーネントを使用できるため、異種ネットワークになります。これは、いくつかの理由で好ましくありません。まず、2つの異なるシステムを使用すると、運用コストと管理コストが増加します。たとえば、異種ネットワークには、同種ネットワークよりも多くのスペア機器部品が必要です。次に、2つの異なるシステム間の相互作用が問題を引き起こす可能性があります。たとえば、短距離WDMシステムは通常、長距離WDMシステムよりも少ない波長をサポートするため、ボトルネックが発生する可能性があります。

光伝送ネットワークアーキテクチャ

次の図に示すように、光トランスポートネットワーキング（OTN）は、トランスポートネットワーキングの進化における自然な次のステップを表しています。高レベルのアーキテクチャの観点からは、OTNアーキテクチャがSDHのアーキテクチャと大幅に異なることは期待できません。それにもかかわらず、SDHがデジタルネットワークエンジニアリングを含み、OTNがアナログネットワークエンジニアリングを含むという事実は、微妙な違いではあるが、いくつかの重要な違いにつながります。これらの違いを探求することで、SDHの対応物とは異なる可能性が高いOTNの側面を理解することができます。

進化するWDMOTNアーキテクチャ（ネットワークトポロジと存続可能性スキームを含む）は、SDH TDMネットワークのアーキテクチャに非常に似ています（ミラーリングではないにしても）。ただし、SDHとOTNはどちらもコネクション型の多重化ネットワークであるため、これは驚くべきことです。主な違いは、多重化テクノロジーの形式に由来します。SDHのデジタルTDMとOTNのアナログWDMです。

デジタルとアナログの区別は、OTNネットワークとシステム設計の多くの側面における基本的なコスト/パフォーマンスのトレードオフに大きな影響を及ぼします。特に、アナログネットワークエンジニアリングとメンテナンスの影響に関連する複雑さは、OTNに関連する課題の大部分を占めています。

容量増加の短期的なニーズを満たすために、WDMポイントツーポイントラインシステムは引き続き大規模に展開されます。波長の数と端子間の距離が大きくなるにつれて、中間サイトで波長を追加および/またはドロップする必要性が高まっています。したがって、柔軟で再構成可能な光ADM（OADM）は、WDMネットワークの不可欠な要素になります。

より多くの波長がキャリアネットワークに展開されるにつれて、光チャネルレベルでネットワーク間の容量とハンドオフ信号を管理する必要性が高まります。ほぼ同じように、電気層の容量を管理するためにDXCが登場し、光層の容量を管理するために光クロスコネクト（OXC）が登場します。

当初、光レイヤ帯域幅管理の必要性は、コアトランスポートネットワーク環境で最も深刻になります。ここで、論理メッシュベースの接続は、OADMベースの共有保護リングやOXCベースのメッシュ復元アーキテクチャなどの物理トポロジを介してサポートされます。選択は、サービスプロバイダーが希望する帯域幅の「オーバービルド」の程度と存続可能性のタイムスケール要件によって異なります。

大都市のオフィス間およびアクセス環境で同様の帯域幅管理要件が発生すると、OADMリングベースのソリューションもこれらのアプリケーション向けに最適化されます。メッシュ要求用の光共有保護リング、およびハブ要求用の光専用保護リングです。したがって、OAがWDMポイントツーポイントラインシステムの出現を可能にするテクノロジーイネーブラーであったように、OADMとOXCはOTNの出現を可能にするものになります。

光ネットワーク要素は、SDH機器によって従来提供されていたトランスポート層機能を前提としているため、光トランスポート層は、レガシーパケットコアネットワーク信号フォーマットとコンバージドパケットコアネットワーク信号フォーマットの両方をサポートできる統合トランスポート層として機能するようになります。もちろん、サービスプロバイダーのOTNへの移行は、「SDHのような」トランスポート層機能の光層への移行と同時に、新しい光トランスポート層の保守哲学と関連するネットワーク保守機能の開発と同時に予測されます。

存続可能性は、統合トランスポートインフラストラクチャとしての光ネットワーキングの役割の中心です。他の多くのアーキテクチャの側面と同様に、ネットワークトポロジとネットワーク要素のタイプは非常に類似しているため、光ネットワークの存続可能性はSDHの存続可能性と高いレベルで類似しています。光レイヤ内では、サバイバビリティメカニズムにより、ファイバの切断やその他の物理メディアの障害から可能な限り最速の回復が提供され、保護容量の効率的かつ柔軟な管理が提供されます。

OTNは、クライアントとサーバーの関係を反映するサブレイヤーが定義されているという点で、概念的にSDHに類似しています。OTNとSDHはどちらもコネクション型の多重化ネットワークであるため、両方の復元と保護のスキームが著しく類似していることは驚くべきことではありません。微妙ですが重要な違いは繰り返す価値があります。TDMネットワーキングはデジタルタイムスロット操作に基づいていますが、OTN / WDMネットワーキングはアナログ周波数スロットまたは光チャネル（波長）操作に基づいています。したがって、両方のテクノロジで同様の保護および復元アーキテクチャが可能であると期待できますが、特定の存続可能性スキームで考慮する必要のあるネットワーク障害のタイプはまったく異なる場合があります。

光学層の生存性

通信ネットワークは、信頼性の高い中断のないサービスを顧客に提供するために必要です。全体的な可用性要件は99.999％以上のオーダーであり、これは、ネットワークが平均して6分/年を超えてダウンできないことを意味します。その結果、ネットワークの存続可能性は、これらのネットワークの設計および運用方法に影響を与える主要な要因です。ネットワークは、リンクまたはファイバーの切断、および機器の障害を処理するように設計する必要があります。

上図に示すように、ネットワークは相互に動作する多くの層で構成されていると見なすことができます。キャリアが異なれば、レイヤリング戦略のさまざまな組み合わせを使用してネットワークを実現するさまざまな方法を選択します。現職の運送業者は、SDHギアの大規模な設置ベースと、デジタルクロスコネクトの広範なグルーミングおよび監視機能を利用しています。

対照的に、インターネットプロトコル（IP）ベースのサービスを提供する通信事業者は、SDHを使用せずに、基本的なトランスポート層としてIPを使用する簡素化されたネットワークインフラストラクチャを求めています。サービスの品質（および多様性）（QOS）に基づいて区別する通信事業者は、輸送技術としてATMを使用できます。これらの層の下には、新しい光WDM層または光層があります。

光学層は、上位層への光路を提供します。これは、光学層によって提供されるサービスを利用するクライアント層と見なすことができます。光路は、かなり高いビットレート（たとえば、2.5 Gb / sまたは10Gb / s）でトラフィックを伝送する回線交換パイプです。これらの光路は通常、SDH ADM、IPルーター、ATMスイッチなどのクライアント層機器を相互接続するように設定されます。一度設定すると、時間の経過とともにかなり静的なままになります。

光レイヤは、次の図に示すように、光回線端末（OLT）、光ADM（OADM）、および光クロスコネクト（OXC）で構成されます。OLTは、複数のチャネルを単一のファイバまたはファイバペアに多重化します。OADMは、集約WDMストリームとの間で少数のチャネルをドロップおよび追加します。OXCは、トラフィックの多いノードの場所にある多数のチャネルを切り替えて管理します。

光層から上位層に提供する必要のあるサービスの種類の観点から、サービスの観点から光層の保護を検討します。次に、サポートする必要のあるサービスミックスに基づいて、コストと帯域幅効率の観点から提案されているさまざまな光レイヤ保護スキームを比較します。これは多少異なり、光学層保護をSDH層保護に類似していると見なす傾向があります。

なぜ光学層保護？

上の図に示されているIP、ATM、およびSDH層はすべて、保護および復元技術を組み込んでいます。これらのレイヤーはすべて他のレイヤーと連携するように設計されていますが、ファイバー上で直接動作することもできるため、保護および復元機能を処理するために他のレイヤーに依存することはありません。その結果、これらの各レイヤーには、独自の保護および復元機能が組み込まれています。したがって、なぜ、独自の保護および復元メカニズムのセットを提供するために光学層が必要なのかという疑問が生じます。以下はいくつかの理由です-

光レイヤの上で動作する一部のレイヤは、ネットワークで必要なすべての保護機能を完全に提供できない場合があります。たとえば、SDH層は包括的な保護を提供するように設計されているため、光学層の保護に依存しません。ただし、他の層（IPまたはATM）の保護技術だけでは、障害が発生した場合に適切なネットワーク可用性を提供するには不十分な場合があります。

現在、SDH層を使用せずに光学層の真上でIP層を操作する提案が数多くあります。IPにはルーティングレベルでフォールトトレランスが組み込まれていますが、このメカニズムは煩雑であり、適切なQOSを提供するのに十分な速度ではありません。この場合、トランスポート層からの全体的な可用性要件を満たすために、光層が高速保護を提供することが重要になります。
ほとんどの通信事業者は、保護メカニズムをまったく提供しないレガシー機器に巨額の投資を行っていますが、無視することはできません。この機器と生のファイバの間に光レイヤをシームレスに導入することで、長ファイバリンクを介したインフラストラクチャの低コストのアップグレードが可能になり、存続可能性が向上します。
光レイヤの保護と復元を使用して、ネットワークに追加レベルの復元力を提供できます。たとえば、多くのトランスポートネットワークは、一度に1つの障害を処理するように設計されていますが、複数の障害は処理しません。光学的修復を使用して、複数の障害に対する回復力を提供できます。
光レイヤ保護は、ファイバの切断など、特定の種類の障害をより効率的に処理できます。1本のファイバで複数の波長のトラフィック（16〜32 SDHストリームなど）を伝送します。したがって、ファイバーカットにより、これらのSDHストリームの16〜32個すべてがSDH層によって個別に復元されます。ネットワーク管理システムは、これらの独立したエンティティのそれぞれによって生成された多数のアラームで溢れています。ファイバーカットが光学層によって十分に迅速に復元される場合、この操作上の非効率性を回避することができます。
光学層の保護と復元を利用することで、大幅なコスト削減を実現できます。

制限-光学層保護

以下は、光学層保護の制限の一部です。

ネットワーク内のすべてのタイプの障害を処理できるわけではありません。たとえば、光ネットワークに接続されたIPルーターまたはSDHADMのレーザーの障害を処理することはできません。このタイプの障害は、それぞれIP層またはSDH層で処理する必要があります。
ネットワーク内のすべてのタイプの障害を検出できるとは限りません。光学層によって提供される光路は、それらが様々なビットレートでデータを運ぶように透明であり得る。この場合の光学層は、実際、これらの光路で何が正確に運ばれているのかを認識していない可能性があります。その結果、トラフィックを監視して、通常は保護スイッチを呼び出すビットエラーレートの増加などの劣化を検出できません。
光レイヤは、光路単位でトラフィックを保護します。光路で運ばれるトラフィックのさまざまな部分にさまざまなレベルの保護を提供することはできません（トラフィックの一部は優先度が高く、他の優先度は低い場合があります）。この機能は、このより細かい粒度でトラフィックを処理する上位層によって実行される必要があります。
光レイヤの保護機能を制限するリンクバジェットの制約がある場合があります。たとえば、保護ルートの長さや保護トラフィックが通過するノードの数が制限される場合があります。
ネットワーク全体が注意深く設計されていない場合、光レイヤとクライアントレイヤの両方が同時に障害からトラフィックを保護しようとするときに競合状態が発生する可能性があります。
技術と保護技術はまだフィールドテストされていないため、これらの新しい保護メカニズムの本格的な展開には数年かかります。

保護されたエンティティの定義

保護技術とそれらの間のトレードオフの詳細に入る前に、光層とクライアント層によって保護されるエンティティを定義することは有益です。これらのエンティティを次の図に示します。

クライアント機器ポート

クライアント機器のポートに障害が発生する可能性があります。この場合、光レイヤはそれ自体ではクライアントレイヤを保護できません。

クライアントと光学機器間のサイト内接続

サイト内のケーブルは、主に人為的ミスにより切断される場合があります。これは比較的可能性の高いイベントと見なされます。この場合も、このような事態に対する完全な保護は、クライアント層と光層の保護を組み合わせることによってのみサポートできます。

トランスポンダーカード

トランスポンダは、クライアント機器と光レイヤ間のインターフェイスカードです。これらのカードは、クライアント機器からの信号を、光から電気、光への変換を使用して、光ネットワーク内での使用に適した波長に変換します。したがって、このカードの故障率は無視できるとは言えません。システム内のこれらのカードの数が多い（波長ごとに1つ）ことを考えると、それらに対する特別な保護サポートが必要です。

外部施設

サイト間のこのファイバー設備は、システム内で最も信頼性の低いコンポーネントと見なされます。ファイバーカットはかなり一般的です。このカテゴリには、ファイバに沿って配置される光増幅器も含まれます。

ノード全体

保守スタッフによるエラー（電源回路ブレーカーのトリップなど）またはサイト全体の障害が原因で、ノード全体に障害が発生する可能性があります。サイトの障害は比較的まれであり、通常、火災、洪水、地震などの自然災害が原因で発生します。ノード障害はネットワークに重大な影響を与えるため、発生する可能性が比較的低いにもかかわらず、保護する必要があります。

保護と復元

Protection障害に対処するために使用される主要なメカニズムとして定義されています。非常に高速である必要があります（通常、SDHネットワークに障害が発生した場合にトラフィックが60ミリ秒を超えて中断されないようにする必要があります）。その結果、通常のルートから保護ルートにトラフィックをすばやく切り替えることができるように、保護ルートを事前に計画する必要があります。

速度要件のため、この機能は通常、保護アクションを調整するために集中管理エンティティに依存することなく、ネットワーク要素によって分散された方法で実行されます。最近の（そしてまだ証明されていない）高速メッシュ保護スキームを除いて、保護技術はかなり単純である傾向があり、線形またはリングトポロジで実装されます。それらはすべて、ネットワークで100％のアクセス帯域幅を使用することになります。

対照的に、 restoration障害に対処するために使用される主要なメカニズムではありません。保護機能が完了した後、最初の障害が修正される前に、復元を使用して、効率的なルートまたはさらなる障害に対する追加の復元力を提供します。その結果、非常に遅くなる可能性があります（数秒から数分になることもあります）。

復旧ルートは事前に計画する必要はなく、分散制御機能を必要とせずに、集中管理システムによってその場で計算できます。より高度なアルゴリズムを使用して、必要な過剰な帯域幅を削減でき、より複雑なメッシュトポロジをサポートできます。

光学層内のサブレイヤー

光学層はいくつかのサブレイヤーで構成されています。保護と復元は、これらの異なるレイヤーで実行できます。個々の光路または光チャネルを保護するスキームを持つことができます。これらのスキームは、ファイバーの切断だけでなく、レーザーやレシーバーなどの端末機器の障害も処理します。

光マルチプレックスセクション（OMS）層に対応する集約信号レベルで機能するスキームを使用できます。これらのスキームは、一緒に多重化された異なる光路を区別せず、グループとしてそれらを切り替えることによってそれらすべてを同時に復元します。

パス層保護という用語は、個々のチャネルまたは光パス上で動作する方式を示すために使用され、ライン層保護という用語は、光マルチプレックスセクション層で動作する方式を示すために使用されます。パスとラインのレイヤースキームのプロパティの比較については表1を、さまざまなパスとラインのスキームについては表2と表3を参照してください。

表1：回線保護とパス保護の比較

基準	ライン保護	パスプロテクション
から保護します	オフィス間施設サイト/ノードの障害	オフィス間施設サイト/ノードの障害機器の故障
繊維の数	4、単一レベルの多重化が使用されている場合	二
単一パスの障害/劣化を処理できます	番号	はい
保護してはならないトラフィックをサポート	番号	はい
設備費	低	高い
帯域幅効率	保護されたトラフィックに適しています	保護されていないチャネルの場合は低

表2：ラインレイヤースキーム間の比較

スキーム	から保護します	トポロジー	制約/欠陥	お客様のメリット
1 +1行	ラインカット	ポイントからポイントへ	繊維を保護するために必要な多様なルート	実装と操作が最も簡単
1 +1行	ラインカット	ポイントからポイントへ	繊維を保護するために必要な多様なルート	優先度の低いトラフィックのサポート低損失（約3 dB）
OULSR	ラインカットノード障害	メトロポリタンリング	光学層の障害信号のラインレベルのブリッジングにより、さらに電力損失が発生します	実装と操作が簡単（光スイッチの代わりに）パッシブエレメントを使用して行うことができます
OBLSR	ラインカットノード障害	メトロポリタンリング	光学層の障害	保護帯域幅の再利用優先度の低いトラフィックのサポート
メッシュライン保護	ラインカットノード障害	どれか	光学層の障害による制限全光クロスコネクトに基づく管理が難しい	効率的低価格

表3：パスレイヤースキーム間の比較

スキーム	から保護します	トポロジー	制約/欠陥	お客様のメリット
クライアント層の保護	クライアント機器の障害オフィス内施設トランスポンダの障害オフィス間施設ノード障害	どれか	ネットワークに多様なパスが必要最も高価な	最も広範な保護
1：N機器保護	トランスポンダの障害	リニアまたはリング		非常に低コスト効率的な帯域幅
1 +1パスまたはOUPSR	オフィス間施設ノード障害	どれか	ネットワークに多様なパスが必要帯域幅を消費する	クライアント保護に似ています開発と操作が簡単
OBPSR	オフィス間施設ノード障害	仮想リング		保護帯域幅の再利用優先度の低いトラフィックをサポート
メッシュパス保護	オフィス間施設ノード障害	どれか	OXCが必要実装と運用が非常に複雑	高効率

物理ネットワークトポロジは、クライアント機器ノード間で光路を通過させる任意のメッシュにすることができます。クライアント機器の観点からの仮想トポロジは、クライアント層ごとに制限されます（SDHのリングなど）。2物理トポロジは任意のメッシュですが、光路の仮想トポロジはリングです。

たとえば、次の図に示す2つの保護スキームについて考えてみます。これらのスキームは両方とも1+ 1保護スキームと考えることができます。つまり、送信側で信号を分割し、受信側でより適切なコピーを選択します。図（a）は、1 + 1ライン層保護を示しています。この保護では、WDM信号全体に対して分割と選択の両方が一緒に行われます。図（b）は、1 + 1パス層保護を示しています。ここでは、分割と選択が各光路に対して別々に行われます。

ラインレイヤーとパスレイヤーの保護

2つのアプローチの間には、コストと複雑さの重要な違いがあります。ライン保護には、追加のスプリッターが1つ必要であり、保護されていないシステムに切り替える必要があります。ただし、パス保護には、チャネルごとに1つのスプリッターとスイッチが必要です。さらに重要なことに、パス保護には通常、ライン保護の2倍のトランスポンダと2倍のマルチプレクサ/デマルチプレクサリソースが必要です。したがって、すべてのチャネルを保護する場合、パス保護は回線保護のほぼ2倍の費用がかかります。ただし、すべてのチャネルを保護する必要がない場合は、話が変わります。

基本的な保護スキーム

保護方式の比較を表1、2、および3に示します。光レイヤ保護方式は、SDH保護方式とほぼ同じ方法で分類でき、クライアントレイヤ、パスレイヤ、またはラインレイヤのいずれかで実装できます。。

クライアント保護

簡単なオプションは、クライアントレイヤーに独自の保護を行わせ、光レイヤーに保護を実行させないことです。これは、SDHクライアントレイヤーの場合に当てはまります。これは光層の観点からは単純ですが、光層保護を実行することにより、大幅なコストメリットと帯域幅の節約を実現できます。クライアント保護方式はポイントツーポイント、リング、またはメッシュクライアントネットワークをサポートできますが、光ネットワークの観点からは、ポイントツーポイントクライアントでさえも、これらすべてが光メッシュサポートに変換されることに注意することが重要です。リンクは、光メッシュネットワーク全体にまたがることができます。

クライアント層の保護では、作業クライアントパスと保護クライアントパスが光レイヤを介して完全に多様にルーティングされるため、単一障害点はありません。また、動作中のクライアントパスと保護クライアントパスは、同じWDMリンクを介して異なる波長にマッピングしないでください。WDMリンクに障害が発生すると、両方のパスが失われます。

パスレイヤースキーム

1 +1パス保護

この方式では、ネットワーク全体で2つの波長と、両端に2セットのトランスポンダが必要です。リングに適用される場合、この保護は光単方向パススイッチリング（OUPSR）またはOCh専用保護リング（OCh / DPリング）とも呼ばれます。

Implementation Notes−ブリッジングは通常、光カプラを介して行われますが、選択は1 x2光スイッチを介して行われます。受信側は、ソースとの調整なしにバックアップパスに切り替えることを決定できます。

双方向パススイッチリング

この方式は、SDH 4ファイバ双方向回線スイッチリング（BLSR）に大まかに基づいており、リング周辺の共有保護帯域幅に依存しています。動作中の光路に障害が発生すると、ノードは調整を行い、指定された保護帯域幅を介してリングの周囲の同じ方向にトラフィックを送信しようとします（トランスポンダの障害を克服するため）。これはスパンスイッチです。これが失敗した場合、ノードは、リングの周りの代替パスの周りのトラフィックを、失敗のもう一方の端までループします。このアクションはリングスイッチです。

このスキームでは、重複しない光路が一緒に故障しない限り、同じ保護帯域幅を共有できます。このスキームは、OCh共有保護リング（OCh / SPRing）とも呼ばれます。

Implementation Notes−このスキームは、OXCで実装することも、OADMのはるかに小さなスイッチを介して実装することもできます。保護チャネルごとにスイッチが必要です。SDHBLSR規格に類似しています。

メッシュパス保護

このスキームにより、障害が発生したすべての光路をバックアップパスに個別に切り替え、光路ごとに異なるルートをとる可能性のある複数の光路で共有する、グローバルメッシュ保護が可能になります（100ミリ秒未満）。障害が発生した場合は、バックアップパスを設定するすべての関連ノードに通知されます。

Implementation Notes−これらのスキームはOXCで実装されています。時間の制約により、事前定義されたバックアップパスはネットワークのノードに保存され、障害の種類に基づいてアクティブ化されます。

メッシュパスの復元

メッシュパス保護とは異なり、このスキームには厳しい時間制約はありません。このデバイスは、トポロジを使用して代替ルートを計算し、これらのルートをセットアップするノードに新しいセットアップ情報を配布します。ノードはn / w情報を維持する必要はありません。

Implementation Notes −このスキームの集中化された性質により、保護ルートがより最適化され、実装とメンテナンスの複雑さが軽減されます。

1：N機器保護

一般的なWDM端末で最も複雑な（したがって障害が発生しやすい）モジュールの1つは、トランスポンダです。1：N保護は、通常のトランスポンダに障害が発生した場合に引き継ぐ予備のトランスポンダを指定します。

Implementation Notes−このスキームは、より一般的には、指定された保護波長に基づいています。障害が発生した場合、SDHのAPSとは異なり、両端で高速シグナリングプロトコルを使用して切り替える必要があります。

ラインレイヤースキーム

1 +1線形保護

この方式は、WDM信号全体を1対の多様にルーティングされた施設にまとめてブリッジすることに基づいています。次に、これらのファシリティの受信側は、2つの信号のどちらを受信するかを選択します。

1：1線形保護

この方式では、前の方式と同様の構成（つまり、1 + 1線形）が必要ですが、信号は作業パスまたは保護パスのいずれかに切り替えられますが、両方に切り替えられることはありません。これにより調整の負担が増大しますが、バックアップパスで優先度の低いトラフィックを実行できます（作業パスを保護する必要があるまで）。また、信号エネルギー全体が2つではなく1つのパスに向けられるため、光パワー損失が低くなります。

Implementation Notes−スイッチングは通常、光1×2スイッチを使用して行われます。調整は、高速シグナリングプロトコルを介して実現されます。

光単方向回線交換リング（OULSR）

この方式は、信号のブリッジングと選択が集約WDM信号に対して行われることを除いて、OUPSR方式に似ています。これにより、より最適化された設計、低コスト、および非常に異なる実装が可能になります。

Implementation Notes−この方式の実装は、光リングをブロードキャストメディアに接続するパッシブカプラに基づいています。OADMを使用する代わりに、この方式は単純なOLTに基づいており、それぞれが時計回りと反時計回りの両方のリングに結合されているため、各波長は両方のファイバで送受信されます。通常の状態では、ファイバーカットリンクが再接続されると、リンクが人為的に切断され、線形バスになります。

双方向ラインスイッチリング

このスキームは、プロトコルの側面と使用される保護アクション（スパンとリングの切り替え）の両方でOBPSRスキームに似ています。すべてのラインレイヤー方式と同様に、集約WDM信号は、専用の保護ファイバ（4本のファイバが必要）または単一ファイバ内の別のWDM帯域（2本のファイバのみを許可しますが、2ステージの光マルチプレクサ方式が必要）に一括で切り替えられます。）。このスキームは、OMS共有保護リング（OMS / SPRing）とも呼ばれます。

Implementation Notes−バックアップルートがリング全体を光学的にループするため、損失を補償するためにバックアップパスに沿って光ラインアンプが必要になる場合があります。リングの円周も他の光学的障害によって制限されます。したがって、このオプションは大都市圏のアプリケーションに最適です。

メッシュラインの保護/復元

この方式は、WDM信号を障害のあるファシリティから代替ルートに転送し、障害のあるファシリティのもう一方の端に戻す全光クロスコネクトに基づいています。

Implementation Notes − OBLSRと同様に、このスキームは、代替ルートに沿って発生する可能性があり、注意深い光学設計を必要とする光学障害によって制限されます。

保護スキームの選択に関する考慮事項

ネットワークで使用される保護スキームを選択するために通信事業者が使用できる基準。このための簡略化された決定チャートを次の図に示します。これは、機器とライン保護の両方が必要であると想定しています。

保護のコスト

キャリアの観点からの別の基準は、少なくとも2つの側面でのシステムのコストです。

設備費
帯域幅効率

これらは両方とも、トラフィックのサービスミックス、つまり、光レイヤによって保護されるトラフィックの割合に依存します。

次の図は、トラフィックミックスの関数としてのパスレイヤースキームと同等のラインレイヤースキームの機器コストを示しています。すべてのトラフィックを保護する場合、パスレイヤースキームでは、共通の機器の共有が少ないため、ラインレイヤースキームの約2倍の機器が必要になります。

ただし、パス層保護のコストは、保護されるチャネルの数に比例します。これは、各チャネルに関連するマルチプレクサ/デマルチプレクサと終端装置が必要なためです。したがって、保護する必要のあるチャネルが少ない場合、パス層保護のコストは低下します。チャネルを保護する必要がない場合、追加の共通機器が展開されていないと仮定すると、パスレイヤースキームのコストはラインレイヤースキームとほぼ同じになります。

次の図に示すように、ストーリーは帯域幅効率の観点とは異なります。回線保護システムでは、保護帯域幅は、保護が必要な光路と保護が必要でない光路で消費されます。パス保護システムでは、保護を必要としない光路は帯域幅を使用できるため、他の保護されていない光路は、不要な保護に浪費されていた帯域幅を使用できます。

したがって、光路の大部分が保護されないままになる可能性がある場合、パス層保護は、ライン層保護よりも同じネットワーク上でより多くの作業トラフィックをサポートすることにより、コストを回収します。