NGN - technologia WDM

WDM to technologia umożliwiająca przesyłanie różnych sygnałów optycznych za pomocą jednego włókna. Jego zasada jest zasadniczo taka sama jak w przypadku multipleksowania z podziałem częstotliwości (FDM). Oznacza to, że kilka sygnałów jest transmitowanych przy użyciu różnych nośnych, zajmujących nienakładające się części widma częstotliwości. W przypadku WDM wykorzystywane pasmo widma jest w zakresie 1300 lub 1550 nm, które są dwoma oknami długości fal, w których światłowody mają bardzo małe straty sygnału.

Początkowo każde okno służyło do przesyłania pojedynczego sygnału cyfrowego. Wraz z postępem w zakresie komponentów optycznych, takich jak lasery z rozproszonym sprzężeniem zwrotnym (DFB), wzmacniacze światłowodowe domieszkowane erbem (EDFA) i fotodetektory, wkrótce zdano sobie sprawę, że każde okno nadawcze może w rzeczywistości być wykorzystywane przez kilka sygnałów optycznych, z których każdy zajmuje jeden niewielka przyczepność całego dostępnego okna długości fali.

W rzeczywistości liczba sygnałów optycznych multipleksowanych w oknie jest ograniczona jedynie dokładnością tych elementów. Dzięki obecnej technologii w jedno włókno można zmultipleksować ponad 100 kanałów optycznych. Następnie nazwano technologiędense WDM (DWDM).

Główną zaletą DWDM jest możliwość efektywnego kosztowo zwiększenia przepustowości światłowodu o wiele razy. Duża sieć włókien istniejących na całym świecie może nagle zwielokrotnić swoją pojemność, bez potrzeby długich nowych włókien, co jest kosztownym procesem. Oczywiście do tych włókien należy podłączyć nowy sprzęt DWDM. Mogą być również potrzebne regeneratory optyczne.

Liczba i częstotliwość używanych długości fal jest standaryzowana przez ITU (T). Zastosowany zestaw długości fal jest ważny nie tylko dla interoperacyjności, ale także dla uniknięcia destrukcyjnych zakłóceń między sygnałami optycznymi.

Poniższa tabela przedstawia nominalne, środkowe częstotliwości w oparciu o 50 GHz, minimalny odstęp międzykanałowy zakotwiczony do odniesienia 193,10 THz. Zauważ, że wartość C (prędkość światła) jest równa 2,99792458 x 108 m / sek. do konwersji między częstotliwością a długością fali.

Sieć ITU-T (w paśmie C), ITU (T) Rec. G.692

Nominalne częstotliwości środkowe (THz) dla rozstawu 50 GHz	Nominalne częstotliwości środkowe (THz) dla rozstawu 100 GHz	Nominalne centralne długości fal (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

DWDM w sieci

Typowa sieć SDH będzie miała dwa włókna po każdej stronie każdego węzła, po jednym do transmisji neighbor on i jeden, aby otrzymać od niego neighbor on.

Chociaż posiadanie dwóch włókien między lokacjami nie brzmi zbyt źle, w praktyce prawdopodobnie będzie wiele systemów działających między lokacjami, nawet jeśli nie stanowią one części tej samej sieci.

Ponieważ tylko dwie sieci pokazane są powyżej, potrzebne są teraz cztery włókna między ośrodkami C i D, a układanie między lokalizacjami jest niezwykle kosztowne. Tutaj do gry wkraczają sieci DWDM.

Używając systemu DWDM, ilość włókien wymaganych między lokalizacjami C i D jest zredukowana do jednego włókna. Nowoczesny sprzęt DWDM może multipleksować do 160 kanałów, co stanowi ogromną oszczędność inwestycji w światłowody. Ponieważ sprzęt DWDM działa tylko z sygnałem fizycznym, w ogóle nie wpływa na warstwę SDH sieci. W przypadku sieci SDH sygnał SDH nie jest przerywany ani przerywany. Nadal istnieje bezpośrednie połączenie między witrynami.

Sieci DWDM są niezależne od protokołu. Transportują długości fal światła i nie działają w warstwie protokołu.

Systemy DWDM mogą zaoszczędzić operatorom sieci duże pieniądze podczas układania światłowodów, nawet więcej na dużych odległościach. Za pomocą wzmacniaczy optycznych możliwe jest przesyłanie sygnału DWDM na duże odległości.

Wzmacniacz odbiera sygnał DWDM o wielu długościach fal i po prostu wzmacnia go, aby dotrzeć do następnego miejsca.

Wzmacniacz operacyjny będzie wzmacniał czerwone lub niebieskie lambdy, jeśli wzmacnia czerwone lambdy, usunie odebrane niebieskie kanały i odwrotnie. Aby wzmocnić w obu kierunkach, wymagany jest jeden z obu typów wzmacniacza.

Aby system DWDM działał w zadowalający sposób, długości fal dochodzących do wzmacniacza optycznego powinny być wyrównane.

Obejmuje to ustawienie wszystkich przychodzących źródeł optycznych do systemu DWDM na podobne poziomy mocy optycznej. Długości fal, które nie zostały wyrównane, mogą powodować błędy podczas przesyłania ruchu.

Urządzenia DWDM niektórych producentów pomagają technikom terenowym, mierząc moce optyczne kanałów wejściowych i zalecając, które kanały wymagają regulacji mocy.

Wyrównywanie długości fal można przeprowadzić na kilka sposobów; Pomiędzy ramą zarządzania światłowodem a łącznikiem DWDM można zamontować zmienny tłumik optyczny - inżynier może regulować sygnał po stronie łącznika DWDM.

Alternatywnie, urządzenie źródłowe może mieć nadajniki optyczne o zmiennym wyjściu, co pozwala inżynierowi na regulację mocy optycznej za pomocą oprogramowania w urządzeniu źródłowym.

Niektóre łączniki DWDM mają wbudowane tłumiki dla każdego odbieranego kanału, inżynier może dostosować każdy kanał w punkcie dostępowym DWDM.

Gdy przez światłowód przechodzi wiele częstotliwości światła, może wystąpić stan znany jako mieszanie czterofalowe. We włóknie generowane są nowe długości fal światła o długościach / częstotliwościach określonych przez częstotliwość pierwotnych długości fal. Częstotliwość nowych długości fal jest określona wzorem f123 = f1 + f2 - f3.

Obecność długości fal może niekorzystnie wpływać na stosunek sygnału optycznego do szumu w światłowodzie i wpływać na BER ruchu na danej długości fali.

KOMPONENTY WDM

Komponenty WDM są oparte na różnych zasadach optyki. Poniższy rysunek przedstawia pojedyncze łącze WDM. Jako nadajniki używane są lasery DFB, po jednym na każdą długość fali. Multiplekser optyczny łączy te sygnały w światłowodzie transmisyjnym. Wzmacniacze optyczne służą do pompowania mocy sygnału optycznego w celu kompensacji strat w systemie.

Po stronie odbiornika optyczne demultipleksery oddzielają każdą długość fali, która ma być dostarczona do odbiorników optycznych na końcu łącza optycznego. Sygnały optyczne są dodawane do systemu przez optyczne moduły ADM (OADM).

Te urządzenia optyczne są równoważne z cyfrowymi modułami ADM, które przygotowują i rozdzielają sygnały optyczne wzdłuż ścieżki transmisji. OADM są zwykle wykonane z siatkowych siatek falowodowych (AWG), chociaż zastosowano również inne technologie optyczne, takie jak siatki światłowodowe.

Kluczowym elementem WDM jest przełącznik optyczny. To urządzenie może przełączać sygnały optyczne z danego portu wejściowego do danego portu wyjściowego. Jest to odpowiednik elektronicznej poprzeczki. Switche optyczne pozwalają na budowę sieci optycznych, dzięki czemu dany sygnał optyczny może zostać skierowany w odpowiednie miejsce.

Innym ważnym elementem optycznym jest konwerter długości fali. Konwerter długości fali to urządzenie, które przekształca sygnał optyczny o danej długości fali na inny sygnał o innej długości fali, zachowując tę ​​samą zawartość cyfrową. Ta funkcja jest ważna dla sieci WDM, ponieważ zapewnia większą elastyczność w trasowaniu sygnałów optycznych w sieci.

OPTYCZNE SIECI TRANSPORTOWE

Sieci WDM są konstruowane poprzez łączenie węzłów połączenia falowego (WXC) w określonej wybranej topologii. WXC są realizowane przez multipleksery i demultipleksery długości fal, przełączniki i konwertery długości fal.

Poniższy rysunek przedstawia ogólną architekturę węzłów WXC.

Sygnały optyczne, zmultipleksowane w tym samym włóknie, docierają do optycznego demultipleksera. Sygnał jest rozkładany na kilka nośnych długości fali i wysyłany do banku przełączników optycznych. Przełączniki optyczne kierują sygnały o kilku długościach fali do banku danych wyjściowych.

Multipleksery, w których sygnały są multipleksowane i wprowadzane do wychodzących włókien światłowodowych w celu transmisji. Między przełącznikiem optycznym a multiplekserami wyjściowymi mogą być stosowane konwertery długości fal, aby zapewnić większą elastyczność trasowania. WXC były badane od wielu lat. Trudności związane z WXC to przesłuch i współczynnik ekstynkcji.

Węzeł połączeń krzyżowych długości fal

Optyczne sieci transportowe (OTN) to sieci WDM zapewniające usługi transportowe za pośrednictwem ścieżek świetlnych. Droga światła to rura o dużej przepustowości, przenosząca dane z prędkością do kilku gigabitów na sekundę. Prędkość ścieżki światła zależy od technologii elementów optycznych (lasery, wzmacniacze optyczne itp.). Obecnie osiągalne są szybkości rzędu STM-16 (2488,32 Mb / s) i STM-64 (9953,28 Mb / s).

OTN składa się z węzłów WXC oraz systemu zarządzania, który kontroluje konfigurację i dezaktywację ścieżek świetlnych poprzez funkcje nadzorcze, takie jak monitorowanie urządzeń optycznych (wzmacniacz, odbiorniki), usuwanie usterek i tak dalej. Konfigurowanie i niszczenie ścieżek świetlnych ma być wykonywane w dużej skali czasu, na przykład godzin lub nawet dni, biorąc pod uwagę, że każda z nich zapewnia przepustowość sieci szkieletowej.

W zależności od świadczonych usług transportowych istnieje duża elastyczność w sposobie wdrażania OTN. Jednym z powodów tej elastyczności jest to, że większość elementów optycznych jest przezroczysta dla kodowania sygnału. Tylko na granicy warstwy optycznej, gdzie sygnał optyczny musi zostać przekształcony z powrotem w domenę elektroniczną, ma znaczenie kodowanie.

Zatem przezroczyste usługi optyczne do obsługi różnych starszych technologii sieci elektronicznych, takich jak SDH, ATM, IP i Frame Relay, działające na warstwie optycznej, są prawdopodobnym scenariuszem w przyszłości.

Warstwa optyczna jest dalej podzielona na trzy podwarstwy -

• Sieć warstwy kanałów optycznych, która łączy się z klientami OTN, udostępniając kanały optyczne (OCh).

• Optyczna sieć wielowarstwowa, która multipleksuje różne kanały w jeden sygnał optyczny.

• Sieć warstwy sekcji transmisji optycznej, która zapewnia transmisję sygnału optycznego przez światłowód.

FORMAT RAMKI OTN

Podobnie jak w przypadku użycia ramki SDH, oczekuje się, że dostęp do OCh będzie odbywał się przez ramkę OC, która jest obecnie zdefiniowana. Podstawowy rozmiar ramki odpowiada prędkości STM-16 lub 2488,32 Mb / s, co stanowi podstawowy sygnał OCh. Poniższy rysunek przedstawia możliwy format ramki OCh.

Ramka kanału optycznego

Najbardziej lewy region ramki (pokazany na poniższym rysunku ) jest zarezerwowany dla bajtów narzutu. Te bajty mają być używane dla funkcji OAM i P, podobnie jak omówione wcześniej bajty narzutu ramki SDH.

Jednak prawdopodobnie obsługiwane będą dodatkowe funkcje, takie jak zapewnienie ciemnych włókien (rezerwacja długości fali między dwoma punktami końcowymi dla jednego użytkownika) i APS oparty na długości fali. Najbardziej prawy obszar ramki jest zarezerwowany dla schematu korekcji błędów w przód (FEC), który ma być wykonywany na wszystkich danych. FEC na optycznej warstwie transmisyjnej zwiększa maksymalną długość rozpiętości i zmniejsza liczbę repeaterów. Można użyć kodu Reeda-Solomona.

W domenie optycznej należy zmultipleksować ze sobą kilka OCh, aby utworzyć optyczny sygnał multipleksera (OMS). Jest to analogiczne do multipleksowania kilku ramek STM-1 do formatu ramki STM-N SDH. Wiele OCh może być multipleksowanych w celu utworzenia OMS.

Optyczny sygnał klienta jest umieszczony w sygnale ładunku OCh. Sygnał klienta nie jest ograniczony przez format ramki OCh. Zamiast tego sygnał klienta musi być tylko sygnałem cyfrowym o stałej przepływności. Jego format również nie ma znaczenia dla warstwy optycznej.

PIERŚCIENIE WDM

Pod względem koncepcyjnym pierścień WDM niewiele różni się od pierścienia SDH. WXC są połączone w topologii pierścienia, podobnie jak moduły ADM SDH w pierścieniu SDH. Główna różnica architektoniczna między pierścieniem SDH a ​​pierścieniem WDM jest zakorzeniona w możliwościach WXC w zakresie przełączania i konwersji długości fal.

Funkcje te można na przykład wykorzystać do zapewnienia poziomów ochrony bez równoległości w technologii SDH. Innymi słowy, oprócz ochrony ścieżki i linii można zapewnić ochronę długości fali lub ścieżki światła.

Protokoły optycznego APS są tak złożone, jak APS SDH. Ochrona może być zapewniona na poziomie OCh lub na poziomie sekcji multipleksu optycznego / sekcji transmisji optycznej. Niektóre dodatkowe funkcje ochrony można zaimplementować bez połączenia równoległego w pierścieniach SDH. Na przykład uszkodzona ścieżka światła (np. Awaria lasera) może zostać naprawiona poprzez konwersję sygnału optycznego z danej długości fali na inną, unikając przekierowania sygnału.

Jest to równoważne przełączaniu zakresu w SDH, z tą różnicą, że nawet dwa pierścienie światłowodowe WDM mogą zapewnić taką możliwość ochrony OCh. Jednak w warstwie OMS ochrona przęsła będzie wymagała czterech pierścieni włóknistych, tak jak w SDH. Te dodatkowe funkcje niewątpliwie wprowadzą dodatkową złożoność w protokołach APS warstwy optycznej.

Gdy pierścień WDM jest aktywny, ścieżki światła muszą być ustanowione zgodnie ze wzorcem ruchu, który ma być obsługiwany.

SIECI MESH WDM

Siatkowe sieci WDM są zbudowane z tych samych elementów optycznych, co pierścienie WDM. Jednak protokoły używane w sieciach kratowych różnią się od protokołów używanych w pierścieniach. Na przykład ochrona w sieciach kratowych jest bardziej złożoną propozycją, podobnie jak problem routingu i przypisywania długości fal w sieciach kratowych WDM.

Sieci kratowe prawdopodobnie będą stanowić infrastruktury szkieletowe łączące pierścienie WDM. Oczekuje się, że niektóre z tych połączeń będą optyczne, co pozwoli uniknąć optycznych / elektronicznych wąskich gardeł i zapewnić przejrzystość. Inni będą wymagać konwersji sygnału optycznego na domenę elektroniczną w celu zarządzania monitorowaniem i być może w celach rozliczeniowych. Poniższy rysunek przedstawia sieć WDM.

Infrastructure - Na tym rysunku pokazano trzy następujące warstwy topologii -

• Dostęp do sieci
• Sieć regionalna
• Sieć szkieletowa

Infrastruktura sieci WDM

Uwzględniono zarówno pierścienie SDH, jak i pasywne sieci optyczne (PON) jako sieci dostępowe. Oparte są na ogół na magistrali lub w topologii gwiazdy, a do koordynowania transmisji między użytkownikami używany jest protokół kontroli dostępu do medium (MAC). W takich sieciach nie ma funkcji routingu.

Te architektury są praktyczne dla sieci obsługujących co najwyżej kilkaset użytkowników na krótkich odległościach. Chociaż sieci PON są sieciami tańszymi niż pierścienie WDM, ze względu na brak aktywnych komponentów i funkcji, takich jak routing długości fali, lasery niezbędne w źródłach PON sprawiają, że pierwsza generacja takiego sprzętu jest nadal droższa niż pierścienie SDH. Sprzyja to rozwiązaniu SDH na poziomie sieci dostępowej, przynajmniej w najbliższej przyszłości.

Sieci szkieletowe zawierają aktywne komponenty optyczne, dzięki czemu zapewniają takie funkcje, jak konwersja długości fal i routing. Sieci szkieletowe będą musiały w jakiś sposób łączyć się ze starszymi technologiami transportowymi, takimi jak ATM, IP, PSTN i SDH.

Ogólny scenariusz przedstawiono na poniższym rysunku. Na rysunku występuje kilka typów interfejsów.

Nakładanie sieci transportowej WDM przenoszącej ruch ATM / IP.

Enkapsulacja ramki SDH

Ramka OCh musi być zdefiniowana, aby można było łatwo wykonać hermetyzację ramki SDH. Na przykład cały STM-16xc musi być przenoszony jako ładunek OCh. Jeśli używany jest podstawowy kanał optyczny STM-16, może nie być możliwe kapsułkowanie SDH-16xc w kanale optycznym STM-16 ze względu na bajty narzutu OCh.

Format ramki OCh jest obecnie definiowany. Poniższy rysunek ilustruje hermetyzację ramki SDH do ramki OCh.

Interfejsy SDH do WDM

Sprzęt WDM z fizycznymi interfejsami SDH będzie dostarczał sygnały optyczne do urządzeń SDH. Te interfejsy muszą zapewniać zgodność wsteczną z technologią SDH. Dlatego urządzenie SDH nie musi być świadome technologii WDM używanej do przesyłania jego sygnału (np. Urządzenie może należeć do pierścienia BLSR / 4).

W takim przypadku WXC spadnie i doda do medium optycznego długość fali pierwotnie używaną w pierścieniu SDH. W ten sposób warstwy WDM i SDH są całkowicie odsprzężone, co jest niezbędne do współdziałania WDM ze starszym sprzętem SDH.

To nakłada dodatkowe ograniczenia na wybór długości fal w warstwie optycznej, ponieważ długość fali ostatniego przeskoku, ta, która łączy się z urządzeniem SDH, musi być taka sama, jak używana przez urządzenie SDH do zakończenia ścieżki optycznej, jeśli konwersja długości fali nie jest zapewniona. w urządzeniu SDH.

Łącze WDM

	Technologia	Wykrycie	Przywrócenie	Detale
WDM	WDM-OMS / OCH	1-10 ms	10-30 ms	Pierścień / PP
SDH	SDH	0,1 ms	50 ms	Pierścień
	SOA 1 + 1	0,1 ms	50 ms	PP
bankomat	FDDI	0,1 ms	10 ms	Pierścień
	STM	0,1 ms	100 ms
	ATM PV-C / P 1 + 1	0,1 ms	10 msxN	Czuwanie N = # przeskoków
	ATM PNNI SPV-C / P, SV-C / P	40s	1-10s
IP	Border Gateway Protocol	180 ms	10-100 s
	Protokół routingu bramy wewnętrznej i E-OSPF	40s	1-10s
	System pośredni	40s	1-10s
	Routing Internet Protocol	180s	100s

Zgodnie z powyższą tabelą, chociaż przywracanie jest szybsze w technologii WDM niż w technologii SDH, wykrywanie awarii w WDM jest wolniejsze. Bezpieczniejsza nakładka mechanizmów ochrony WDM / SDH wymaga szybszego schematu ochrony WDM. Alternatywnie, APS SDH można sztucznie spowolnić, jeśli klienci SDH mogą sobie pozwolić na obniżenie wydajności spowodowane takimi procedurami.

Niepotrzebne odzyskiwanie po awarii w wyższych warstwach może spowodować niestabilność trasy i zatory w ruchu; stąd należy go unikać za wszelką cenę. Testy trwałości błędów mogą być stosowane w wyższych warstwach, aby uniknąć wczesnej reakcji na awarie w niższych warstwach.

Odzyskiwanie po awarii w podwarstwie OMS może zastąpić procedury odtwarzania kilku wystąpień sygnałów SDH obsługiwanych przez warstwę optyczną. W ten sposób potencjalnie duża liczba klientów SDH jest oszczędzona przed uruchamianiem procedur odzyskiwania po awarii w swoich warstwach. Dlatego pojedyncze odtworzenie po awarii w optycznej podwarstwie OMS może zaoszczędzić setki.

Ewolucja w kierunku całkowicie optycznej sieci transportowej

Ewolucja w kierunku całkowicie optycznej sieci WDM będzie prawdopodobnie następować stopniowo. Najpierw urządzenia WXC zostaną podłączone do istniejących światłowodów. W łączu optycznym mogą być potrzebne dodatkowe komponenty, takie jak EDFA, w celu dostosowania starszych łączy światłowodowych do technologii WDM. WXC będą współpracować ze starszym sprzętem, takim jak SDH i FDDI (FDDI).

Zaletą całkowicie optycznej przezroczystej sieci transportowej jest to, że prawdopodobnie nastąpi transfer funkcji SDH do warstwy powyżej (IP / ATM) lub poniżej (WDM) SDH, przynosząc oszczędności pod względem możliwości modernizacji i utrzymania sieci. Taka reorganizacja warstwy może wpłynąć na sieci transportowe, zakładając, że ruch w czasie rzeczywistym, w tym głos, jest pakietowany (IP / ATM). Może to doprowadzić do zaniku sygnałów SDH VC.

Kluczową kwestią byłoby wtedy, jak najbardziej efektywnie pakować pakiety do SDH lub nawet bezpośrednio do ramek OCh. Niezależnie od pojawiającej się nowej metody enkapsulacji, zgodność wsteczna z hermetyzacją IP / PPP / HDLC i ATM jest koniecznością.