NGN-WDM 기술

WDM은 다양한 광 신호를 단일 광섬유로 전송할 수있는 기술입니다. 그 원리는 본질적으로 주파수 분할 다중화 (FDM)와 동일합니다. 즉, 여러 신호가 서로 다른 반송파를 사용하여 전송되어 주파수 스펙트럼의 비 중첩 부분을 차지합니다. WDM의 경우 사용되는 스펙트럼 대역은 1300 또는 1550 nm 영역으로 광섬유의 신호 손실이 매우 낮은 두 개의 파장 창입니다.

처음에는 각 창을 사용하여 단일 디지털 신호를 전송했습니다. 분산 피드백 (DFB) 레이저, 에르븀 도핑 광섬유 증폭기 (EDFA) 및 광 검출기와 같은 광학 부품의 발전으로, 각 전송 창은 실제로 여러 광 신호에 의해 사용될 수 있다는 것을 곧 깨달았습니다. 사용 가능한 전체 파장 창의 작은 견인.

사실, 윈도우 내에서 다중화 된 광 신호의 수는 이러한 구성 요소의 정밀도에 의해서만 제한됩니다. 현재 기술을 사용하면 100 개 이상의 광 채널을 단일 광섬유로 다중화 할 수 있습니다. 그런 다음 기술 이름이dense WDM (DWDM).

DWDM의 주요 장점은 비용 효율적으로 광섬유 대역폭을 여러 배로 늘릴 수 있다는 것입니다. 전 세계에 존재하는 대규모 섬유 네트워크는 비용이 많이 드는 공정 인 새로운 섬유를 길어야 할 필요없이 갑자기 용량을 다양하게 늘릴 수 있습니다. 당연히 새로운 DWDM 장비는 이러한 광섬유에 연결되어야합니다. 또한 광학 재생기가 필요할 수 있습니다.

사용되는 파장의 수와 주파수는 ITU (T)에 의해 표준화되고 있습니다. 사용되는 파장 세트는 상호 운용성뿐만 아니라 광 신호 간의 파괴적인 간섭을 방지하는데도 중요합니다.

다음 표는 193.10 THz 기준에 고정 된 50GHz, 최소 채널 간격을 기반으로하는 공칭 중앙 주파수를 제공합니다. C (빛의 속도) 값은 2.99792458 x 108m / 초와 같습니다. 주파수와 파장 사이의 변환을 위해.

ITU-T 그리드 (C 밴드 내), ITU (T) Rec. G.692

50GHz 간격에 대한 공칭 중심 주파수 (THz)	100GHz 간격에 대한 공칭 중심 주파수 (THz)	공칭 중심 파장 (Nm)
196.10	196.10	1528.77
196.05		1529.16
196.00	196.00	1529.55
195.95		1529.94
195.90	195.90	1530.33
195.85		1530.72
195.80	195.80	1531.12
195.75		1531.51
195.70	195.70	1531.90
195.65		1532.29
195.60	195.60	1532.68
195.55		1533.07
195.50	195.50	1533.47
195.45		1533.86
195.40	195.40	1534.25
195.35		1534.64
195.30	195.30	1535.04
195.25		1535.43
195.20	195.20	1535.82
195.15		1536.22
195.10	195.10	1536.61
195.05		1537.00
195.00	195.00	1537.40
194.95		1537.79
194.90	194.90	1538.19
194.85		1538.58
194.80	194.80	1538.98
194.75		1539.37
194.70	194.70	1539.77
194.65		1540.16
194.60	194.60	1540.56
194.55		1540.95
194.50	194.50	1541.35
194.45		1541.75
194.40	194.40	1542.14
194.35		1542.54
194.30	194.30	1542.94
194.25		1543.33
194.20	194.20	1543.73
194.15		1544.13
194.10	194.10	1544.53
194.05		1544.92
194.00	194.00	1545.32
193.95		1545.72
193.90	193.90	1546.12
193.85		1546.52
193.80	193.80	1546.92
193.75		1547.32
193.70	193.70	1547.72
193.65		1548.11
193.60	193.60	1548.51
193.55		1548.91
193.50	193.50	1549.32
193.45		1549.72
193.40	193.40	1550.12
193.35		1550.52
193.30	193.30	1550.92
193.25		1551.32
193.20	193.20	1551.72
193.15		1552.12
193.10	193.10	1552.52
193.05		1552.93
193.00	193.00	1533.33
192.95		1553.73
192.90	192.90	1554.13
192.85		1554.54
192.80	192.80	1554.94
192.75		1555.34
192.70	192.70	1555.75
192.65		1556.15
192.60	192.60	1556.55
192.55		1556.96
192.50	192.50	1557.36
192.45		1557.77
192.40	192.40	1558.17
192.35		1558.58
192.30	192.30	1558.98
192.25		1559.39
192.20	192.20	1559.79
192.15		1560.20
192.10	192.10	1560.61

네트워크 내 DWDM

일반적인 SDH 네트워크는 모든 노드의 각 측면에 두 개의 광섬유를 가지고 있으며, 하나는 neighbor on 그리고 하나는 그것으로부터받을 neighbor on.

사이트 사이에 두 개의 광케이블을 사용하는 것이 그렇게 나쁘게 들리지는 않지만 실제로는 동일한 네트워크의 일부를 형성하지 않더라도 사이트간에 실행되는 많은 시스템이있을 것입니다.

위에 표시된 두 개의 네트워크 만 사용하면 이제 사이트 C와 D 사이에 4 개의 광케이블이 필요하며 사이트 사이에 배치하는 것은 매우 비쌉니다. 이것이 DWDM 네트워크가 작동하는 곳입니다.

DWDM 시스템을 사용하면 사이트 C와 D 사이에 필요한 광케이블 양이 단일 광케이블로 감소됩니다. 최신 DWDM 장비는 최대 160 개의 채널을 멀티플렉싱 할 수 있으므로 광케이블 투자를 대폭 절감 할 수 있습니다. DWDM 장비는 물리적 신호로만 작동하기 때문에 네트워크의 SDH 계층에는 전혀 영향을주지 않습니다. SDH 네트워크에 관한 한 SDH 신호는 종료되거나 중단되지 않습니다. 사이트 간에는 여전히 직접 연결이 있습니다.

DWDM 네트워크는 프로토콜에 독립적입니다. 그들은 빛의 파장을 전송하고 프로토콜 계층에서 작동하지 않습니다.

DWDM 시스템은 장거리에 걸쳐 광섬유를 설치할 때 네트워크 운영자의 많은 돈을 절약 할 수 있습니다. 광 증폭기를 사용하면 DWDM 신호를 장거리로 전송할 수 있습니다.

증폭기는 다중 파장 DWDM 신호를 수신하고 단순히 증폭하여 다음 사이트에 도달합니다.

연산 증폭기는 빨간색 또는 파란색 람다를 증폭하고 빨간색 람다를 증폭하는 경우 수신 된 파란색 채널을 제거하고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 양방향으로 증폭하려면 두 유형의 증폭기 중 하나가 필요합니다.

DWDM 시스템이 만족스러운 방식으로 작동하려면 광 증폭기로 들어오는 파장이 동일해야합니다.

여기에는 DWDM 시스템에 들어오는 모든 광원을 유사한 광 출력 레벨로 설정하는 것이 포함됩니다. 균등화되지 않은 파장은 트래픽을 전달할 때 오류를 표시 할 수 있습니다.

일부 제조업체의 DWDM 장비는 수신 채널의 광 출력을 측정하고 어떤 채널에 전원 조정이 필요한지 권장함으로써 현장 기술자를 지원합니다.

파장을 균등화하는 방법은 여러 가지가 있습니다. 가변 광 감쇠기는 광섬유 관리 프레임과 DWDM 커플러 사이에 장착 될 수 있습니다. 엔지니어는 DWDM 커플러 측에서 신호를 조정할 수 있습니다.

또는 소스 장비에 가변 출력 광 송신기가있을 수 있으므로 엔지니어가 소스 장비에서 소프트웨어를 통해 광 파워를 조정할 수 있습니다.

일부 DWDM 커플러에는 수신 된 모든 채널에 대해 내장 된 감쇠기가 있으며 엔지니어는 DWDM 액세스 포인트에서 모든 채널을 조정할 수 있습니다.

여러 주파수의 빛이 섬유를 통과 할 때 4 파 혼합으로 알려진 조건이 발생할 수 있습니다. 새로운 파장의 빛은 원래 파장의 주파수에 의해 결정된 파장 / 주파수에서 섬유 내에서 생성됩니다. 새로운 파장의 주파수는 f123 = f1 + f2-f3로 지정됩니다.

파장의 존재는 광섬유 내의 광 신호 대 노이즈 비율에 부정적인 영향을 미치고 파장 내의 트래픽 BER에 영향을 미칠 수 있습니다.

WDM 구성 요소

WDM 구성 요소는 다양한 광학 원리를 기반으로합니다. 그림 아래는 하나의 WDM 링크를 보여줍니다. DFB 레이저는 각 파장에 하나씩 송신기로 사용됩니다. 광 멀티플렉서는 이러한 신호를 전송 광섬유로 결합합니다. 광 증폭기는 시스템 손실을 보상하기 위해 광 신호 전력을 펌핑하는 데 사용됩니다.

수신기 측에서는 광 디멀티플렉서가 각 파장을 분리하여 광 링크 끝의 광 수신기로 전달합니다. 광학 신호는 광학 ADM (OADM)에 의해 시스템에 추가됩니다.

이러한 광학 장치는 전송 경로를 따라 광학 신호를 그루밍 및 분할하는 디지털 ADM과 동일합니다. OADM은 일반적으로 AWG (arrayed-waveguide gratings)로 만들어 지지만 광섬유 브래그 격자와 같은 다른 광학 기술도 사용되었습니다.

주요 WDM 구성 요소는 광 스위치입니다. 이 장치는 주어진 입력 포트에서 주어진 출력 포트로 광 신호를 전환 할 수 있습니다. 전자 크로스바와 동일합니다. 광 스위치를 사용하면 광 네트워크를 구성 할 수 있으므로 주어진 광 신호를 적절한 대상으로 라우팅 할 수 있습니다.

또 다른 중요한 광학 구성 요소는 파장 변환기입니다. 파장 변환기는 동일한 디지털 콘텐츠를 유지하면서 주어진 파장에서 오는 광 신호를 다른 파장의 다른 신호로 변환하는 장치입니다. 이 기능은 네트워크를 통해 광 신호를 라우팅하는 데 더 많은 유연성을 제공하기 때문에 WDM 네트워크에 중요합니다.

광학 전송 네트워크

WDM 네트워크는 선택한 특정 토폴로지에서 파장 교차 연결 (WXC) 노드를 연결하여 구성됩니다. WXC는 파장 멀티플렉서 및 디멀티플렉서, 스위치 및 파장 변환기로 구현됩니다.

다음 그림 은 일반적인 WXC 노드 아키텍처를 보여줍니다.

동일한 광섬유에서 다중화 된 광 신호는 광 디멀티플렉서에 도달합니다. 신호는 여러 파장 캐리어로 분해되어 광 스위치 뱅크로 전송됩니다. 광 스위치는 여러 파장 신호를 출력 뱅크로 라우팅합니다.

멀티플렉서 : 신호가 멀티플렉싱되고 전송을 위해 나가는 광섬유에 주입됩니다. 파장 변환기는 더 많은 라우팅 유연성을 제공하기 위해 광 스위치와 출력 멀티플렉서 사이에 사용될 수 있습니다. WXC는 수년 동안 연구되었습니다. WXC의 어려움은 누화와 소멸 비율입니다.

파장 교차 연결 노드

광 전송 네트워크 (OTN)는 광 경로를 통해 전송 서비스를 제공하는 WDM 네트워크입니다. 광 경로는 초당 최대 수 기가비트로 데이터를 전달하는 고 대역폭 파이프입니다. 광 경로의 속도는 광학 부품 (레이저, 광학 증폭기 등)의 기술에 의해 결정됩니다. 현재 STM-16 (2488.32Mbps) 및 STM-64 (9953.28Mbps) 정도의 속도를 달성 할 수 있습니다.

OTN은 WXC 노드와 광학 장치 (증폭기, 수신기) 모니터링, 오류 복구 등과 같은 감독 기능을 통해 광 경로의 설정 및 해체를 제어하는 관리 시스템으로 구성됩니다. 광 경로의 설정 및 해체는 각각 백본 대역폭 용량을 제공한다는 점을 감안할 때 몇 시간 또는 며칠과 같은 대규모 시간에 걸쳐 실행됩니다.

제공 할 전송 서비스에 따라 OTN을 배포하는 방법에는 많은 유연성이 있습니다. 이러한 유연성의 이유 중 하나는 대부분의 광학 부품이 신호 인코딩에 투명하기 때문입니다. 광학 신호가 다시 전자 도메인으로 변환되어야하는 광학 레이어의 경계에서만 인코딩이 중요합니다.

따라서 광학 계층 위에서 실행되는 SDH, ATM, IP 및 프레임 릴레이와 같은 다양한 레거시 전자 네트워크 기술을 지원하는 투명한 광 서비스는 향후 시나리오가 될 수 있습니다.

광학 레이어는 세 개의 하위 레이어로 더 나뉩니다.

OTN 클라이언트와 인터페이스하여 광 채널 (OCh)을 제공하는 광 채널 계층 네트워크입니다.
다양한 채널을 단일 광 신호로 다중화하는 광 다중 계층 네트워크.
광섬유를 통해 광 신호의 전송을 제공하는 광 전송 섹션 계층 네트워크.

OTN 프레임 형식

SDH 프레임의 사용과 유사하게 OCh에 대한 액세스는 현재 정의 된 OC 프레임을 통해 이루어질 것으로 예상됩니다. 기본 프레임 크기는 기본 OCh 신호를 구성하는 STM-16 속도 또는 2488.32Mbps에 해당합니다. 다음 그림 은 가능한 OCh 프레임 형식을 보여줍니다.

광 채널 프레임

프레임의 가장 왼쪽 영역 ( 아래 그림 참조)은 오버 헤드 바이트 용으로 예약되어 있습니다. 이러한 바이트는 앞에서 설명한 SDH 프레임의 오버 헤드 바이트와 유사한 OAM & P 기능에 사용됩니다.

그러나 다크 파이버 제공 (단일 사용자를위한 두 끝점 사이의 파장 예약) 및 파장 기반 APS와 같은 추가 기능이 지원 될 수 있습니다. 프레임의 가장 오른쪽 영역은 모든 페이로드 데이터에 대해 실행되는 FEC (Forward Error Correction) 체계를 위해 예약되어 있습니다. 광 전송 레이어 위의 FEC는 최대 스팬 길이를 늘리고 중계기 수를 줄입니다. Reed-Solomon 코드를 사용할 수 있습니다.

광학 멀티플렉서 신호 (OMS)를 형성하기 위해 여러 OCh가 광학 도메인에서 함께 멀티플렉싱됩니다. 이는 여러 STM-1 프레임을 STM-N SDH 프레임 형식으로 다중화하는 것과 유사합니다. 여러 OCh를 다중화하여 OMS를 형성 할 수 있습니다.

광학 클라이언트 신호는 OCh 페이로드 신호 내에 배치됩니다. 클라이언트 신호는 OCh 프레임 형식에 의해 제한되지 않습니다. 대신 클라이언트 신호는 고정 비트 전송률 디지털 신호 여야합니다. 형식은 광학 레이어와도 무관합니다.

WDM 링

개념적으로 WDM 링은 SDH 링과 크게 다르지 않습니다. WXC는 SDH- 링의 SDH ADM과 유사하게 링 토폴로지로 상호 연결됩니다. SDH 링과 WDM 링의 주요 아키텍처 차이점은 파장 스위칭 및 변환의 WXC 기능에 있습니다.

예를 들어 이러한 기능을 사용하여 SDH 기술에서 병렬없이 보호 수준을 제공 할 수 있습니다. 즉, 경로 및 라인 보호 외에도 파장 또는 광 경로 보호가 제공 될 수 있습니다.

광학 APS 프로토콜은 SDH APS만큼 복잡합니다. 보호는 OCh 수준 또는 광학 다중 섹션 / 광 전송 섹션 수준에서 제공 될 수 있습니다. SDH 링에서 병렬없이 일부 추가 보호 기능을 구현할 수 있습니다. 예를 들어, 실패한 광 경로 (예 : 레이저 실패)는 주어진 파장의 광학 신호를 다른 파장으로 변환하여 신호의 경로 재 지정을 방지하여 수정할 수 있습니다.

이는 SDH의 스팬 스위칭과 동일하지만 두 개의 파이버 WDM 링이 OCh 보호 기능을 제공 할 수 있다는 차이점이 있습니다. 그러나 OMS 계층에서 스팬 보호에는 SDH에서와 같이 4 개의 파이버 링이 필요합니다. 이러한 추가 기능은 의심 할 여지없이 광학 계층 APS 프로토콜에 추가 복잡성을 유발합니다.

WDM 링이 작동되면 지원할 트래픽 패턴에 따라 광 경로를 설정해야합니다.

메시 WDM 네트워크

메시 WDM 네트워크는 WDM 링과 동일한 광학 구성 요소로 구성됩니다. 그러나 메시 네트워크에서 사용되는 프로토콜은 링에서 사용되는 프로토콜과 다릅니다. 예를 들어, 메시 네트워크의 보호는 WDM 메시 네트워크의 라우팅 및 파장 할당 문제와 마찬가지로 더 복잡한 제안입니다.

메시 네트워크는 WDM 링을 연결하는 백본 인프라 일 가능성이 높습니다. 이러한 연결 중 일부는 광학적 일 것으로 예상되어 광학 / 전자 병목 현상을 방지하고 투명성을 제공합니다. 다른 사람들은 모니터링 관리 및 청구 목적을 위해 광 신호를 전자 도메인으로 변환해야합니다. 다음 그림은 WDM 네트워크를 보여줍니다.

Infrastructure −이 그림에서는 다음과 같은 3 개의 토폴로지 레이어가 표시됩니다.

액세스 네트워크
지역 네트워크
백본 네트워크

WDM 네트워크 인프라

액세스 네트워크로 SDH 링과 수동 광 네트워크 (PON)가 모두 포함됩니다. 일반적으로 버스 또는 스타 토폴로지를 기반으로하며 MAC (Medium Access Control) 프로토콜을 사용하여 사용자 간의 전송을 조정합니다. 이러한 네트워크에서는 라우팅 기능이 제공되지 않습니다.

이러한 아키텍처는 단거리에서 최대 수백 명의 사용자를 지원하는 네트워크에 실용적입니다. PON은 WDM 링보다 저렴한 네트워크이지만 활성 구성 요소 및 파장 라우팅과 같은 기능이 없기 때문에 PON 소스에 필요한 레이저는 이러한 장비의 1 세대를 SDH 링보다 여전히 비쌉니다. 이는 적어도 가까운 장래에 액세스 네트워크 수준에서 SDH 솔루션을 선호합니다.

백본 네트워크에는 활성 광학 구성 요소가 포함되어 있으므로 파장 변환 및 라우팅과 같은 기능을 제공합니다. 백본 네트워크는 ATM, IP, PSTN 및 SDH와 같은 레거시 전송 기술과 어떻게 든 인터페이스해야합니다.

전체 시나리오는 다음 그림에 나와 있습니다. 그림과 관련된 여러 유형의 인터페이스.

ATM / IP 트래픽을 전달하는 WDM 전송 네트워크 오버레이.

SDH 프레임 캡슐화

OCh 프레임은 SDH 프레임 캡슐화가 쉽게 수행 될 수 있도록 정의되어야합니다. 예를 들어 전체 STM-16xc는 OCh 페이로드로 운반되어야합니다. 기본 STM-16 광 채널을 사용하는 경우 OCh 오버 헤드 바이트로 인해 SDH-16xc를 STM-16 광 채널로 캡슐화하지 못할 수 있습니다.

OCh 프레임 형식이 현재 정의되고 있습니다. 다음 그림은 OCh 프레임으로의 SDH 프레임 캡슐화를 예시합니다.

WDM에 대한 SDH 인터페이스

물리적 SDH 인터페이스가있는 WDM 장비는 SDH 장치에 광 신호를 전달합니다. 이러한 인터페이스는 SDH 기술과의 역 호환성을위한 것이어야합니다. 따라서 SDH 장치는 신호를 전송하는 데 사용되는 WDM 기술을 인식 할 필요가 없습니다 (예 : 장치가 BLSR / 4 링에 속할 수 있음).

이 경우 WXC는 원래 SDH 링에서 사용 된 파장을 광학 매체에 떨어 뜨려 추가합니다. 이렇게하면 WDM 및 SDH 레이어가 완전히 분리되어 SDH 레거시 장비와의 WDM 상호 운용성에 필요합니다.

이는 파장 변환이 제공되지 않는 경우 SDH 장치와 인터페이스하는 마지막 홉 파장이 광 경로를 종료하기 위해 SDH 장치가 사용하는 파장과 동일해야하기 때문에 광학 레이어에서 파장 선택에 추가적인 제약을가합니다. SDH 장치 내에서.

WDM 링크

	과학 기술	발각	복구	세부
WDM	WDM-OMS / OCH	1-10ms	10 ~ 30ms	링 / PP
SDH	SDH	0.1ms	50ms	반지
SDH	APS 1 + 1	0.1ms	50ms	PP
ATM	FDDI	0.1ms	10ms	반지
	STM	0.1ms	100ms
	ATM PV-C / P 1 + 1	0.1ms	10msxN	대기 N = # 홉
	ATM PNNI SPV-C / P, SV-C / P	40 대	1 ~ 10 초
IP	보더 게이트웨이 프로토콜	180ms	10 ~ 100 초
	내부 게이트웨이 라우팅 프로토콜 및 E-OSPF	40 대	1 ~ 10 초
	중급 시스템	40 대	1 ~ 10 초
	라우팅 인터넷 프로토콜	180 년대	100 년대

위의 표에 따라 복원은 SDH 기술보다 WDM에서 더 빠르지 만 WDM에서 오류 감지는 더 느립니다. WDM / SDH 보호 메커니즘의보다 안전한 오버레이는 더 빠른 WDM 보호 체계를 요구합니다. 또는 SDH 클라이언트가 이러한 절차로 인해 발생하는 성능 저하를 감당할 수있는 경우 SDH APS가 인위적으로 느려질 수 있습니다.

상위 계층에서 불필요한 장애 복구는 경로 불안정과 트래픽 혼잡을 유발할 수 있습니다. 따라서 어떤 대가를 치르더라도 피해야합니다. 오류 지속성 검사는 하위 계층의 오류에 대한 조기 반응을 피하기 위해 상위 계층에서 사용할 수 있습니다.

OMS 하위 계층에서의 장애 복구는 광학 계층에서 제공하는 여러 SDH 신호 인스턴스의 복구 절차를 대체 할 수 있습니다. 따라서 잠재적으로 많은 수의 SDH 클라이언트가 해당 계층에서 장애 복구 절차를 시작하지 않아도됩니다. 따라서 광학 OMS 하위 계층에서 단일 장애 복구로 수백 가지를 절약 할 수 있습니다.

전광 전송 네트워크로의 진화

전광 WDM 네트워크로의 진화는 점진적으로 진행될 것입니다. 첫째, WXC 장치는 기존 광섬유에 연결됩니다. WDM 기술에 적합한 레거시 파이버 링크를 만들기 위해 EDFA와 같은 일부 추가 구성 요소가 광 링크에 필요할 수 있습니다. WXC는 SDH 및 광섬유 분산 데이터 인터페이스 (FDDI)와 같은 레거시 장비와 인터페이스합니다.

전광 투명 전송 네트워크의 장점은 SDH 기능이 상위 (IP / ATM) 또는 하위 (WDM) SDH 계층으로 전송 될 가능성이있어 네트워크 업그레이드 및 유지 관리 측면에서 비용을 절감 할 수 있다는 것입니다. 이러한 계층 재구성은 음성을 포함한 실시간 트래픽이 패킷 화 (IP / ATM)된다고 가정하고 전송 네트워크에 영향을 미칠 수 있습니다. 이것은 VC의 SDH 신호의 소멸로 이어질 수 있습니다.

핵심 문제는 패킷을 SDH로 가장 효율적으로 또는 OCh 프레임으로 직접 패킹하는 방법입니다. 새로운 캡슐화 방법이 등장하더라도 IP / PPP / HDLC 및 ATM 캡슐화와의 역 호환성은 필수입니다.