Sieci optyczne - skrócona instrukcja

Obecne myślenie o IP over WDM poprzez nakreślenie ścieżki do optycznej sieci danych, która obejmuje wiele protokołów sieci danych w połączeniu z neutralną protokołowo optyczną infrastrukturą sieciową, jest trudne. W tym samouczku omówiono różnorodność protokołów sieciowych danych i architektur sieciowych dla optycznych sieci danych.

Gwałtowny wzrost przepustowości zapoczątkowany przez popularność Internetu doprowadził do zmiany paradygmatu w branży telekomunikacyjnej z usług z komutacją połączeń zoptymalizowanych pod kątem głosu na usługi z komutacją pakietów zoptymalizowane pod kątem danych. Notacja obsługi „danych bezpośrednio przez optykę” została podsycona obietnicą, że eliminacja niepotrzebnych warstw sieciowych doprowadzi do ogromnej redukcji kosztów i złożoności sieci.

Z tego punktu widzenia zmniejszonych lub zapadniętych warstw sieci, istniejące systemy TDM, takie jak Synchronous Digital Hierarchy (SDH), odgrywają coraz mniejszą rolę, a optyczna sieć transportowa wyłania się jako podstawowa infrastruktura transportowa dla powstałej „sieci sieci”.

Internet optyczny

Na przykład działanie internetu optycznego, zgodnie z definicją organizacji Optical Interworking Forum (OIF), jest infrastrukturą sieciową zoptymalizowaną pod kątem danych, w której przełączniki i routery mają zintegrowane interfejsy optyczne i są bezpośrednio połączone światłowodowymi lub optycznymi elementami sieciowymi, takimi jak Dense Wavelength- Podział multiplekserów (DWDM).

Obecnie jednak pojęcie własności intelektualnej bezpośrednio nad WDM to niewiele więcej niż sprytnie zamaskowany marketing. Niemal niezmiennie IP over WDM to pakiety IP mapowane na SDH, połączone z systemami DWDM punkt-punkt opartymi na SDH. Samodzielne elementy SDH, często określane jako multiplekser z podziałem czasu (TDM), nie są wymagane, ale SDH pozostaje integralnym elementem interfejsu sprzętu sieciowego.

Coraz większe uzależnienie od obecności SDH w systemach DWDM ogranicza innowacje technologiczne. Na przykład może blokować aplikacje przesyłane pakietowo przez światłowody, takie jak Asynchronous Transfer Mode (ATM), Gigabit Ethernet (GbE) i 10 GbE over DWDM. Nie przybliża nas też do realizacji ostatecznej wizji sieci transportu optycznego.

W porównaniu z obecnym poglądem na IP przez WDM, istnieje bardziej zrównoważony pogląd na ewolucję sieci danych / transportowych. Ten wyważony pogląd opiera się na dwóch podstawowych zasadach -

• Każda sieć danych jest wyjątkowa na rynku zarządzanym przez zróżnicowanie.

• Optyczna sieć transportowa (OTN), jako podstawowa infrastruktura „sieć sieci”, powinna być zdolna do przesyłania szerokiej gamy sygnałów klienta, niezależnie od ich formatu.

Te podstawowe zasady tworzą razem podstawę pojęcia optycznej sieci danych.

Dzisiejsze sieci transportowe oparte na TDM zostały zaprojektowane tak, aby zapewnić zapewniony poziom wydajności i niezawodności dla przeważających usług głosowych i opartych na łączach. Sprawdzone technologie, takie jak SDH, zostały szeroko wdrożone, zapewniając transport o dużej przepustowości, skalowalny do szybkości gigabitów na sekundę, dla aplikacji głosowych i łączy dzierżawionych. Samonaprawiające się pierścienie SDH umożliwiają przywrócenie na poziomie usługi w ciągu kilkudziesięciu milisekund od wystąpienia awarii sieci. Wszystkie te funkcje są obsługiwane przez dobrze ugruntowane światowe standardy, które zapewniają wysoki stopień interoperacyjności od wielu dostawców.

Dzisiejsza sieć

W przeciwieństwie do dzisiejszych sieci transportowych opartych na TDM (i, do pewnego stopnia, z sieciami ATM), sieci IP typu „najlepszy wysiłek” zazwyczaj nie mają środków gwarantujących wysoką niezawodność i przewidywalną wydajność. Najlepszą usługą zapewnianą przez większość starszych sieci IP, z nieprzewidywalnym opóźnieniem, jitterem i utratą pakietów, jest cena płacona za osiągnięcie maksymalnego wykorzystania łącza poprzez multipleksowanie statystyczne. Wykorzystanie łącza (np. Liczba użytkowników przypadających na jednostkę przepustowości) jest ważną wartością w przypadku sieci danych, ponieważ łącza są zwykle przenoszone w obwodach dzierżawionych przez sieć transportową TDM.

Biorąc pod uwagę z natury gwałtowny charakter ruchu danych, rury o stałej szerokości pasma transportu TDM mogą nie być idealnie wydajnym rozwiązaniem. Jednak ta nieefektywność była tradycyjnie uważana za mniej istotną niż niezawodność sieci i funkcje izolacji przeciążenia dostawcy sieci transportowej opartej na TDM.

Rosnący popyt na usługi o dużej przepustowości i zróżnicowanych usługach danych stanowi obecnie wyzwanie dla tego modelu o podwójnej architekturze transportu opartego na TDM i sieci pakietowych typu „najlepszy wysiłek”. Nie jest opłacalne rozszerzenie użyteczności sieci opartej na najlepszych nakładach poprzez zwiększenie przepustowości sieci i utrzymywanie niewielkiego obciążenia sieci.

Ponadto podejście to nie zawsze może być osiągnięte lub zagwarantowane ze względu na nierówny wzrost popytu i jest to szczególny problem w przypadku domeny dostępu do sieci, która jest najbardziej wrażliwa na ograniczenia ekonomiczne niewykorzystywanych obiektów. W rezultacie, ogólnie rzecz biorąc, dostawcy usług danych nie mają obecnie wsparcia infrastruktury sieciowej, aby zapewnić dostosowane do klienta zróżnicowane gwarancje usług i odpowiadające im umowy dotyczące poziomu usług.

Sieć nowej generacji

W architekturach sieci nowej generacji w celu opłacalnej, niezawodnej i skalowalnej ewolucji będą stosowane zarówno sieci transportowe, jak i ulepszone warstwy usług, współpracujące w sposób komplementarny i interoperacyjny. Te sieci nowej generacji znacznie zwiększą i maksymalnie współużytkują przepustowość infrastruktury sieci szkieletowej oraz zapewnią zaawansowane zróżnicowanie usług dla nowych aplikacji danych.

Sieć transportowa umożliwia warstwom usług bardziej efektywne działanie, uwalniając je od ograniczeń topologii fizycznej i skupiając się na wystarczająco dużym wyzwaniu, jakim jest spełnienie wymagań usługowych. W związku z tym, uzupełniając wiele ulepszeń warstwy usług, optyczna sieć transportowa zapewni zunifikowaną, zoptymalizowaną warstwę zarządzania szerokością pasma o wysokiej wydajności i niezawodności oraz stworzy tak zwane optyczne rozwiązania sieci danych dla usług danych o większej przepustowości i gwarantowanej jakości.

Optyczna sieć transportowa: praktyczny pogląd

Wizje sieci optycznych pobudziły wyobraźnię zarówno badaczy, jak i planistów sieci od czasu szybkiej i udanej komercjalizacji WDM. W pierwotnej wizji optycznej sieci transportowej pojawia się elastyczna, skalowalna i solidna sieć transportowa, obsługująca rosnącą różnorodność sygnałów klientów o równie zróżnicowanych wymaganiach usługowych (elastyczność, skalowalność i żywotność w połączeniu z przepływnością i niezależnością protokołów).

Obietnica infrastruktury transportowej zdolnej sprostać rosnącym wymaganiom w zakresie przepustowości w tym nowym stuleciu, w której długości fal zastępują szczeliny czasowe jako medium zapewniające niezawodny transfer usług szerokopasmowych w sieci, jest rzeczywiście kusząca. Ale co to jest sieć optyczna? Odpowiedź jest bardzo zróżnicowana i faktycznie ewoluowała w ostatnich latach. Wczesne próby stworzenia sieci optycznej koncentrowały się na przejrzystości optycznej i projektowaniu optycznie przezroczystych sieci w skali globalnej.

Praktyczne rozwiązanie

Wobec braku wykonalnych „całkowicie optycznych” rozwiązań, bardziej praktyczne rozwiązania dla sieci optycznych uwzględniają potrzebę optoelektroniki do wspomagania regeneracji sygnału optycznego i monitorowania wydajności sygnału optycznego. W tak zwanej sieci całkowicie optycznej sygnały przechodzą przez sieć całkowicie w domenie optycznej, bez żadnej formy przetwarzania optoelektronicznego. Oznacza to, że całe przetwarzanie sygnału - w tym - regeneracja sygnału, trasowanie i wymiana długości fal - odbywa się całkowicie w domenie optycznej.

Ze względu na ograniczenia inżynierii analogowej (np. Czynnikiem ograniczającym w prawidłowo zaprojektowanym systemie cyfrowym jest dokładność konwersji oryginalnego przebiegu komunikatu analogowego na postać cyfrową) oraz biorąc pod uwagę aktualny stan wiedzy w technologii całkowicie optycznego przetwarzania , pojęcie globalnych, a nawet krajowych wszystkich sieci optycznych nie jest praktycznie osiągalne.

W szczególności konwersja optoelektroniczna może być wymagana w elementach sieci optycznej, aby zapobiec gromadzeniu się zakłóceń transmisji - zakłóceń wynikających z takich czynników, takich jak dyspersja chromatyczna i nieliniowość włókien światłowodowych, kaskadowanie nieidealnych wzmacniaczy o płaskim wzmocnieniu, przesłuch sygnału optycznego, oraz zawężanie widma transmisyjnego z kaskadowych niepłaskich filtrów. Konwersja optoelektroniczna może również obsługiwać wymianę długości fal, co jest obecnie trudną funkcją do zrealizowania w całej domenie optycznej.

Krótko mówiąc, w przypadku braku dostępnych na rynku urządzeń, które wykonują regenerację sygnału w celu złagodzenia akumulacji zakłóceń i wspierania konwersji długości fal w domenie całkowicie optycznej, należy się spodziewać pewnych miar konwersji optoelektronicznej w praktycznych architekturach sieci optycznych w najbliższym czasie. Powstałe architektury sieci optycznych można scharakteryzować za pomocą optycznie przezroczystych (lub całkowicie optycznych) podsieci, ograniczonych optoelektroniką o ulepszonych właściwościach, jak pokazano na powyższym rysunku.

Przejrzystość sygnału klienta

Oprócz inżynierii sieci analogowej, ostateczną realizację OTN będą nadal kierować względy praktyczne. Najważniejszym z tych rozważań jest dążenie operatora sieci do wysokiego stopnia przejrzystości sygnału klienta w ramach przyszłej infrastruktury transportowej.

Co należy rozumieć przez „przezroczystość sygnału klienta”? W szczególności, dla żądanego zestawu sygnałów klienta przeznaczonych do transportu w OTN, definiowane są indywidualne mapowania do przenoszenia tych sygnałów jako ładunki sygnałów z serwera kanału optycznego (OCh). Sygnały oczekiwane w OTN obejmują starsze sygnały SDH i PDH oraz ruch pakietowy, taki jak protokół internetowy (IP), ATM, GbE i Ssimple Ddata Llink (SDL). Po zmapowaniu sygnału klienta na sygnał jego serwera OCh na wejściu do OTN, operator wdrażający taką sieć nie musi mieć szczegółowej wiedzy o sygnale klienta (lub dostępu do niego), dopóki nie zostanie odwzorowany odwrotnie na wyjściu z sieci.

Punkty wejściowe i wyjściowe sieci optycznej powinny ograniczać domenę przezroczystości sygnału klienta OTN. Dlatego najważniejszym czynnikiem w realizacji przejrzystości sygnału klienta jest wyeliminowanie całego sprzętu specyficznego dla klienta i przetwarzania między punktami wejściowymi i wyjściowymi OTN. Na szczęście łatwiej jest zaakceptować sprzęt zależny od klienta na wejściu / wyjściu, ponieważ jest on generalnie dedykowany na podstawie usługi.

Optyczne sieci transportowe za pośrednictwem cyfrowych opakowań

Powszechne stosowanie technologii DWDM postawiło dostawców usług przed nowym wyzwaniem: jak efektywnie kosztowo zarządzać rosnącą liczbą fal, aby zapewnić szybkie i niezawodne usługi swoim klientom końcowym. Aby efektywnie zarządzać długością fali lub OCh, sieci optyczne muszą obsługiwać operacje, administrację i konserwację (OAM) na poziomie długości fali lub na poziomie OCh.

ITU (T) Rec. G872 definiuje niektóre funkcje OAM na poziomie OCh zaimplementowane w postaci kosztów narzutów bez określania, w jaki sposób ten narzut ma być przenoszony. Do tej pory jedynym możliwym sposobem wspierania regeneracji sygnału oraz monitorowania, analizowania i zarządzania OCh (długościami fal) było poleganie na sygnałach i sprzęcie SDH w całej sieci. Wymaga to, aby sygnały na każdej z długości fal w systemie WDM miały format SDH.

Kanał optyczny (długość fali)

Wykorzystując istniejące optoelektroniczne punkty regeneracji w systemach DWDM, koncepcja wykorzystania technologii cyfrowej owijarki zapewni funkcjonalność i niezawodność podobną do SDH, ale dla dowolnego sygnału klienta, przybliżając nas o krok do realizacji pierwotnej wizji sieci transportu optycznego. .

Technologia Digital Wrapper zapewnia funkcje zarządzania siecią opisane w ITU (T) Rec. G.872, aby włączyć OTN. Obejmują one monitorowanie wydajności warstwy optycznej, Fforward Eerror Ccorrection (FEC) oraz ochronę pierścieniową i przywracanie sieci na podstawie długości fali, a wszystko to niezależnie od formatu sygnału wejściowego, jak pokazano na poniższym rysunku.

Pojęcie stosowania opakowania cyfrowego (lub TDM) dla „wokół” klienta OCh do obsługi narzutu OCh związanego z kanałem zostało niedawno zaproponowane i faktycznie zostało przyjęte jako podstawa do definicji OCh. Ten schemat wykorzysta potrzebę regeneracji OCh w celu dodania dodatkowej pojemności do klienta OCh. Oczywiście, gdy już mamy możliwość cyfrowego dodawania narzutu do sygnału klienta OCh, sensowne jest użycie tego do obsługi wszystkich wymagań OAM na poziomie OCh.

W szczególności dodany cyfrowo narzut sprawia, że ​​rozwiązanie głównego problemu z monitorowaniem wydajności OTN, a mianowicie zapewnienie dostępu do Bbit Eerror Rrate (BER) w sposób niezależny od klienta, jest prawie trywialne. Dzięki opcjonalnemu wykorzystaniu FEC, metoda cyfrowego owijania może znacznie zwiększyć wydajność BER sygnału klienta, dodatkowo minimalizując potrzebę konwersji optoelektronicznej.

Jedną z metod poprawy wydajności sieci transportowej jest wykorzystanie FEC, które jest obecnie dostępne w niektórych urządzeniach. W związku z tym dodatkową zaletą techniki cyfrowej owijania jest możliwość opcjonalnej obsługi FEC w celu zwiększenia marginesu systemu.

Struktura ramki OCh

Pod względem funkcjonalnym ładunek OCh i OAM powinny być możliwe do oddzielenia od mechanizmu FEC. Pozwala to na przenoszenie ładunku i OAM od końca do końca przez sieć, przy użyciu różnych schematów FEC na różnych łączach. Oczywistym przykładem tego, gdzie może się to zdarzyć, jest łączenie łodzi podwodnej i naziemnej. W pierwszym przypadku badane są nowe kody FEC dla następnej generacji systemów.

Poniższy rysunek Poniższy rysunek ilustruje proponowaną podstawową strukturę ramki OCh oraz typy funkcji, które mogą być przenoszone w strukturze ramki OCh. Chociaż można by argumentować, że propozycja ta jest niezgodna z długoterminowymi celami wszystkich sieci optycznych, nie powinniśmy oczekiwać, że zniknie potrzeba regeneracji.

Odległość między punktami regeneracji będzie nadal rosła; jednakże potrzeba regeneracji w punktach przekazywania sygnału pozostanie. W połączeniu z wykorzystaniem Ooptical Ssupervitors Cchannel (OSC) do zarządzania OCh w optycznie przezroczystych podsieciach, cyfrowe opakowania będą wspierać kompleksowe zarządzanie OCh (długością fali) w krajowych lub globalnych OTN.

Regeneracja 3R (Reshaping, Retiming and Regeneration) jest zapewniana za pomocą konwersji optyczno-elektrycznej i odwrotnie, a propozycja owijarki cyfrowej wykorzystuje to. Czy obraz zmieniłby się, gdyby dostępna była całkowicie optyczna regeneracja 3R? Jeśli całkowicie optyczna regeneracja jest w stanie dodać narzut, argument pozostaje niezmieniony; zmieniłaby się tylko implementacja regeneratora.

Jeśli regeneratory optyczne nie będą w stanie dodać narzutu, zapotrzebowanie na narzut OCh nie zniknie. ; Regeneratory optyczne po prostu zwiększyłyby potencjalną odległość między optoelektronicznymi punktami regeneracji, a opakowanie cyfrowe przejdzie przez nie przezroczysto. Konsekwencje stosowania opakowań cyfrowych na ewolucję sieci transportu optycznego mogą być głębokie, zwłaszcza w kontekście trendów w sieciach danych.

Wybór stosu protokołów

Protokół IP jest wyraźnie warstwą konwergencji w dzisiejszych sieciach transmisji danych i można przewidzieć, że w nadchodzących latach rozszerzy tę rolę na sieci wielousługowe. Protokół IP może być przesyłany za pośrednictwem wielu różnych protokołów warstwy łącza danych i infrastruktury sieciowej. Poniższy rysunek Poniższy rysunek przedstawia niektóre z możliwych stosów protokołów lub mapowań protokołu IP w infrastrukturze sieci WDM.

Co to jest IP przez WDM?

Stosy protokołów oznaczone a, b i d na poniższym rysunku powyżej są obecnie najczęściej stosowane. Używają klasycznego IP over ATM over SDH mapping, jak pokazano na rys. (A) ;. pakiet przez SDH (POS), jak pokazano na Fig. (b); lub klasyczne i dobrze rozszerzone IP przez Ethernet, jak pokazano na rys. (d). Przypadki (e) i (f) wykorzystują Simple Data Link (SDL), nową warstwę łącza danych zaproponowaną niedawno jako alternatywę dla POS. Stos protokołów oznaczony (c) jest alternatywą dla przypadku (a), w którym pośrednia warstwa SDH jest eliminowana i wykonywane jest bezpośrednie mapowanie komórek ATM na WDM.

Te różne stosy protokołów zapewniają różną funkcjonalność pod względem obciążenia przepustowości, skalowalności szybkości, zarządzania ruchem i QOS. Stwierdzenie, że jedno konkretne odwzorowanie reprezentuje IP przez WDM, jest wyjątkowo nieszczere.

Ta różnorodność protokołów warstwy łącza danych i odwzorowań IP w różnych bazowych infrastrukturach sieciowych jest jednym z głównych atutów IP i jest to cecha, która nie zniknie. Wręcz przeciwnie, jest całkiem możliwe, że nowe, innowacyjne i bardziej wydajne mapowanie protokołów zostanie zaproponowane do transportu pakietów IP. Dzieje się tak już w przypadku sieci o niskiej przepustowości i niskiej niezawodności, jak również w przypadku szerokopasmowych i wysoce niezawodnych sieci optycznych. Ten pogląd wpisuje się również w wizję „wszystkiego na temat własności intelektualnej i własności intelektualnej we wszystkim”.

IP over WDM, zgodnie z dzisiejszą definicją, narzuca restrykcyjny pogląd na możliwości, jakie mogą zapewnić sieci danych i sieci optyczne. Ograniczenia, wprowadzone przez pojedynczy stos protokołów, a nie przez pełne wykorzystanie możliwości sieciowych w warstwie optycznej, są bardzo restrykcyjne dla niektórych aplikacji sieciowych.

Wspomniane powyżej trendy sieciowe wymagają optycznej platformy sieciowej, która może obsługiwać różne stosy protokołów, architektury sieciowe oraz opcje ochrony i przywracania w sposób niezależny od sygnału klienta. Wybór POS over-to-point WDM jest najlepszy dla niektórych aplikacji sieciowych w szybkich sieciach danych, ale z pewnością nie dla wszystkich. Ponadto platforma optyczna wybrana do wdrożenia i wdrożenia tych przyszłych sieci danych musi zapewniać możliwość łatwego uwzględnienia nowych, nieoczekiwanych mapowań stosu protokołów i może otrzymywać te same funkcje sieciowe z sieci warstwy optycznej bez potrzeby pośredniej konwersji protokołu.

Optyczne sieci danych to alternatywne podejście, które nie próbuje zmniejszać niejednorodności stosów protokołów i architektur sieciowych, ale raczej wykorzystuje heterogeniczność, aby zapewnić dostosowane rozwiązania sieciowe do każdej konkretnej aplikacji i segmentu dostawcy sieci. Optyczne sieci danych łączą funkcje sieciowe zarówno w warstwie usługowej, jak i transportowej.

Główny składnik optycznej sieci danych

Różnorodność stosów protokołów, odzwierciedlona w wielu typach sygnałów klienta, które mają być obsługiwane w sieci OTN, jest dostosowywana przez zastosowanie opakowań cyfrowych. Wykorzystanie prawdziwych optycznych funkcji sieciowych zapewnia dodatkową elastyczność i niezawodność dzięki routingowi OCh, monitorowaniu błędów i wydajności, ochronie i przywracaniu, a wszystko to wykonywane na zasadzie selektywności według OCh. Wszystkie te elementy razem tworzą potężne i elastyczne rozwiązanie sieciowe, które jest przyszłościowe i otwarte na każdą konkretną wizję dostawców usług danych.

Technologia ta jest ekonomiczna i bardziej elastyczna w zakresie zwiększania przepustowości kanałów, dodawania / usuwania kanałów, przekierowywania i dystrybucji ruchu, obsługując wszystkie typy topologii sieci i systemów ochrony oraz synchronizacji. Oto główne elementy -

• TP (transponder)
• VOA (zmienny tłumik optyczny)
• MUX (multiplekser)
• DEMUX (de-multiplekser)
• BA (wzmacniacz wspomagający)
• Linia (nośnik OFC)
• LA (wzmacniacz liniowy)
• PA (przedwzmacniacz)
• OSC (optyczny kanał nadzorujący)

Transponder

To urządzenie jest interfejsem pomiędzy szerokim impulsowym sygnałem optycznym STM-n a urządzeniami MUX / DEMUX. Ten sygnał optyczny może znajdować się w kolokacji lub pochodzić z różnych nośników fizycznych, różnych protokołów i typów ruchu. Przetwarza szeroki sygnał impulsowy na wąską długość fali (częstotliwość punktowa lub kolorowa) rzędu nanometrów (nm) z odstępem 1,6 nm; wysyłanie do MUX.

W odwrotnym kierunku, kolorowe wyjście z DEMUX-a jest konwertowane na szeroki impulsowy sygnał optyczny. Poziom mocy wyjściowej wynosi od +1 do –3 dBm w obu kierunkach. Konwersja jest optyczna na elektryczną i elektryczną na optyczną (O na E i E na O) w metodzie 2R lub 3R.

W 2R regeneracja i zmiana kształtu są wykonywane, podczas gdy w 3R regeneracja, ponowne kształtowanie i ponowne ustawianie czasu. TP może być zależne od koloru długości fali i szybkości transmisji lub przestrajalne dla obu (kosztowne i nieużywane). Jednak w 2R dowolna przepływność, PDH, STM-4 lub STM-16 może być szybkością kanału. Urządzenie ma ograniczenie czułością odbiornika i punktem przeciążenia.

Chociaż pośredni stopień elektryczny jest niedostępny, bajty narzutu STN-n są wykorzystywane do celów nadzorczych. To urządzenie obsługuje również działanie bezpieczeństwa optycznego (ALS) w porównaniu z zaleceniem ITU-T G.957.

Zmienny tłumik optyczny (VOA)

Jest to pasywna sieć, podobna do preemfazy wymaganej do dostosowania do równomiernego rozkładu poziomu sygnału w paśmie EDFA tak, aby moc wyjściowa optyczna poszczególnych kanałów jednostki Mux była taka sama, niezależnie od liczby kanałów ładowanych do systemu.

Tłumik optyczny jest podobny do prostego potencjometru lub obwodu używanego do redukcji poziomu sygnału. Tłumik jest używany zawsze, gdy trzeba przeprowadzić test wydajności, na przykład w celu sprawdzenia, jak na błąd bitowy wpływa zmiana poziomu sygnału w łączu. Jednym ze sposobów jest precyzyjna konfiguracja mechaniczna, w której sygnał optyczny przechodzi przez szklaną płytkę o różnej ciemności, a następnie z powrotem do światłowodu, jak pokazano na rysunku.

Szklana płytka ma gęstość szarości w zakresie od 0% na jednym końcu do 100% na drugim końcu. Gdy płyta jest przesuwana przez szczelinę, mniej lub więcej energii świetlnej może przejść. Ten typ tłumika jest bardzo precyzyjny i może obsługiwać dowolną długość fali światła (ponieważ płytka tłumi każdą energię świetlną o tę samą ilość, niezależnie od długości fali), ale jest mechanicznie drogi.

Multiplekser (MUX) i demultiplekser (De-MUX)

Ponieważ systemy DWDM wysyłają sygnały z kilku stacji jednym światłowodem, muszą zawierać pewne środki do łączenia przychodzących sygnałów. Odbywa się to za pomocą multipleksera, który pobiera długości fal optycznych z wielu włókien i konwerguje je w wiązkę. Na końcu odbiorczym system musi być w stanie oddzielić przepuszczane długości fal wiązki światła, aby można je było dyskretnie wykryć.

Demultipleksery pełnią tę funkcję, rozdzielając odebraną wiązkę na jej składowe długości fali i łącząc je w pojedyncze włókna.

Multipleksery i demultipleksery mogą być projektowane pasywnie lub aktywnie. Konstrukcja pasywna wykorzystuje pryzmat, siatki dyfrakcyjne lub filtry, podczas gdy projekt aktywny łączy urządzenia pasywne z przestrajalnymi filtrami.

Podstawowym wyzwaniem dla tych urządzeń jest zminimalizowanie przesłuchów i maksymalizacja separacji kanałów (różnica długości fal między dwoma sąsiednimi kanałami). Przesłuch jest miarą tego, jak dobrze kanały są rozdzielone, podczas gdy separacja kanałów odnosi się do zdolności do rozróżnienia każdej długości fali.

Rodzaje multiplekserów / demultiplekserów

Typ pryzmatu

Prostą formę multipleksowania lub demultipleksowania długości fal można wykonać za pomocą pryzmatu.

Równoległa wiązka światła polichromatycznego pada na powierzchnię pryzmatu i każda długość fali składowej jest załamywana inaczej. To jestrainbow effect. W świetle wyjściowym każda długość fali jest oddzielona od następnej pod kątem. Soczewka następnie skupia każdą długość fali do punktu, w którym musi ona wejść do włókna. Komponenty mogą być używane odwrotnie, aby multipleksować różne długości fal na jednym włóknie.

Typ siatki dyfrakcyjnej

Inna technologia oparta jest na zasadzie dyfrakcji i interferencji optycznej. Kiedy polichromatyczne źródło światła pada na siatkę dyfrakcyjną, każda długość fali jest ugięta pod innym kątem, a zatem w innym punkcie w przestrzeni. Korzystając z soczewki, te długości fal można skupić na poszczególnych włóknach, jak pokazano na poniższym rysunku.Bragg grating, jest prostym komponentem pasywnym, który może być używany jako lustra selektywne pod względem długości fali i jest szeroko stosowany do dodawania i upuszczania kanałów w systemach DWDM.

Kraty Braggsa są wykonywane przy użyciu ultrafioletowej wiązki lasera do oświetlania rdzenia światłowodu jednomodowego przez maskę fazową. Włókno jest domieszkowane fosforem, germanem lub borem, aby uczynić je światłoczułym. Po przejściu światła przez maskę powstaje wzór prążków, który jest „drukowany” na włóknie. Powoduje to trwałą okresową modulację współczynnika załamania światła włókna szklanego. Gotowa siatka odbija światło o długości fali Bragga (równej dwukrotnej odległości optycznej między regionami o wysokim i niskim współczynniku) i przepuszcza wszystkie inne długości fal.

Przestrajalna krata Bragga

Siatkę z włókien Bragga można przykleić do elementu piezoelektrycznego. Poprzez przyłożenie napięcia do elementu, element rozciąga się tak, że siatka jest rozciągnięta, a długość fali Bragga przesuwa się na dłuższą. Obecne urządzenia mogą zapewnić zakres strojenia 2 nm dla wejścia 150 V.

Arrayed Waveguide Grating

Arrayed Waveguide Gratings (AWG) są również oparte na zasadach dyfrakcji. Urządzenie AWG, czasami nazywane routerem światłowodowym lub routerem z siatką falowodu, składa się z szeregu zakrzywionych falowodów kanałowych ze stałą różnicą długości ścieżki między sąsiednimi kanałami. Falowody są podłączone do wnęk na wejściu i wyjściu.

Multiplekser optyczny

Kiedy światło wchodzi do wnęki wejściowej, jest ugięte i wchodzi do matrycy falowodowej. Zatem różnica długości optycznej każdego falowodu wprowadza opóźnienia fazowe we wnęce wyjściowej, w której sprzężony jest układ włókien. W wyniku tego procesu różne długości fal mają maksymalne zakłócenia w różnych miejscach, które odpowiadają portom wyjściowym.

Wielowarstwowe filtry interferencyjne

Inna technologia wykorzystuje filtry interferencyjne w urządzeniach zwanych filtrami cienkowarstwowymi lub wielowarstwowymi filtrami interferencyjnymi. Umieszczając filtry składające się z cienkich warstw na ścieżce optycznej, można zdemultipleksować długość fali. Właściwość każdego filtra polega na tym, że transmituje on jedną długość fali, a odbija inne. Dzięki kaskadowaniu tych urządzeń można zdemultipleksować wiele długości fal.

Filtry zapewniają dobrą stabilność i izolację między kanałami przy umiarkowanych kosztach, ale przy dużej tłumienności (AWG wykazują płaską odpowiedź widmową i niską tłumienność). Główną wadą filtra jest to, że są wrażliwe na temperaturę i mogą nie być praktycznie używane we wszystkich środowiskach. Jednak ich dużą zaletą jest to, że mogą być zaprojektowane do jednoczesnego wykonywania operacji multipleksowania i demultipleksowania.

Typ złącza OM

Złącze OM to powierzchnia interaktywna z dwoma lub więcej połączonymi ze sobą włóknami. Zwykle jest używany w OM, a jego zasady działania przedstawiono na poniższym rysunku.

Złącze OM może pełnić funkcję multipleksowania tylko przy niskich kosztach produkcji. Jego wadą jest duża tłumienność. Obecnie OM stosowany w sprzęcie DWDM ZTWE wykorzystuje sprzęgło OM. OD przyjmuje komponenty AWG.

Wzmacniacze wzmacniające (wzmacniacze optyczne)

Z powodu tłumienia istnieją ograniczenia co do tego, jak długo segment światłowodu może propagować sygnał z integralnością, zanim będzie musiał zostać zregenerowany. Przed pojawieniem się wzmacniaczy optycznych (OA) musiał istnieć wzmacniacz dla każdego transmitowanego sygnału. OA umożliwiło wzmocnienie wszystkich długości fal jednocześnie i bez konwersji optyczno-elektryczno-optycznej (OEO). Oprócz zastosowania w łączach optycznych (jako repeater), wzmacniacze optyczne mogą być również używane do zwiększania mocy sygnału po multipleksowaniu lub przed demultipleksowaniem.

Rodzaje wzmacniaczy optycznych

Na każdej ścieżce optycznej wzmacniacze optyczne były używane jako repeatery w trybie simplex. Jedno włókno było używane w ścieżce nadawczej, a drugie w ścieżce powrotnej. Najnowsze wzmacniacze optyczne będą działać w dwóch kierunkach jednocześnie. Możemy nawet używać tej samej długości fali w dwóch kierunkach, pod warunkiem zastosowania dwóch różnych szybkości transmisji. W związku z tym pojedyncze włókno może być używane do pracy w trybie dupleksu.

Wzmacniacze optyczne muszą również mieć wystarczającą szerokość pasma, aby przepuszczać szereg sygnałów działających na różnych długościach fal. Na przykład SLA o widmowej szerokości pasma powiedzmy 40 nm może obsłużyć około dziesięciu sygnałów optycznych.

W systemie 565 Mb / s, dla łącza optycznego o długości 500 km, wymaganych jest pięć wzmacniaczy optycznych SLA, rozmieszczonych w odstępach co 83 km. Każdy wzmacniacz zapewnia wzmocnienie około 12 dB, ale jednocześnie wprowadza do systemu szum (BER 10-9.)

Wzmacniacze SLA mają następujące wady -

• Wrażliwy na zmiany temperatury
• Wrażliwy na zmiany napięcia zasilania
• Wrażliwy na wibracje mechaniczne
• Unreliable
• Podatny na przesłuchy

Wzmacniacz światłowodowy domieszkowany erbem (EDFA)

W systemach DWDM stosowane są EDFA. Erb to pierwiastek ziem rzadkich, który po wzbudzeniu emituje światło o średnicy około 1,54 mikrometra, co jest długością fali o niskiej stratności dla światłowodów stosowanych w DWDM. Słaby sygnał dociera do włókna domieszkowanego erbem, do którego za pomocą lasera pompującego jest wstrzykiwane światło o długości 980 nm lub 1480 nm.

To wstrzyknięte światło stymuluje atomy erbu do uwolnienia zmagazynowanej energii w postaci dodatkowego światła 1550 nm. Sygnał rośnie w siłę. Spontaniczne emisje w EDFA dodają również współczynnik szumów EDFA. EDFA mają typową szerokość pasma 100 nm i są potrzebne w odstępie 80-120 km wzdłuż trasy optycznej.

EDFA również cierpi na tzw four-wave-mixingze względu na nieliniowe oddziaływanie między sąsiednimi kanałami. W związku z tym zwiększenie mocy wzmacniacza w celu zwiększenia odległości między wzmacniaczami prowadzi do większego przesłuchu.

Wzmacniacz Ramana

Zastosowanie wzmacniaczy SLA i EDFA w WDM jest ograniczone, jak już opisano, a nowoczesne systemy WDM zwracają się w kierunku wzmocnienia Ramana, które ma szerokość pasma około 300 nm. Tutaj laser pompujący znajduje się na końcu odbiorczym światłowodu. Przesłuchy i hałas są znacznie zredukowane. Jednak wzmocnienie Ramana wymaga użycia lasera o wysokiej pompie.

Dyspersja we włóknie faktycznie pomaga zminimalizować efekt „mieszania czterofalowego”. Niestety, wczesne łącza optyczne często wykorzystywały światłowód o zerowej dyspersji w celu zminimalizowania dyspersji na duże odległości, gdy te same włókna są modernizowane do przenoszenia sygnałów WDM; nie są idealnym medium dla szerokopasmowych sygnałów optycznych.

Opracowywane są specjalne włókna jednomodowe do użytku WDM. Mają one naprzemienne segmenty włókien o dodatniej i ujemnej dyspersji, a zatem całkowita dyspersja sumuje się do zera. Poszczególne segmenty zapewniają jednak dyspersję, aby zapobiec mieszaniu czterofalowemu.

Wzmacniacze liniowe

Jest to dwustopniowy wzmacniacz EDFA składający się z przedwzmacniacza (PA) i wzmacniacza wzmacniającego (BA). Bez dwóch stopni nie jest możliwe wzmocnienie sygnału do 33 dB na zasadzie EDFA (aby uniknąć szumu generowanego przez spontaniczną emisję). Wzmacniacz liniowy (LA) kompensuje stratę linii o 22 dB lub 33 dB odpowiednio dla systemów długodystansowych i bardzo długich. Jest to całkowicie optyczne urządzenie sceniczne.

Linia (OFC) Media

To jest światłowód, po którym przemieszczają się sygnały DWDM. Tłumienie i dyspersja są głównymi czynnikami ograniczającymi, określającymi odległość transmisji, przepustowość itp. Zwykle 22 dB i 33 dB są przyjmowane jako utrata linii odpowiednio dla długości przeskoku w systemach dalekobieżnych i bardzo długich.

Bardzo długa długość fali linii może wynosić 120 km bez repeatera (LA). Jednak w przypadku kilku kaskadowych przemienników długość może wynosić do 600 km, którą można dodatkowo zwiększyć do 1200 km za pomocą modułu kompensacji dyspersji. Po takiej odległości wymaga regeneracji w stopniu elektrycznym zamiast repeatera tylko w stopniu optycznym.

Przedwzmacniacz (PA)

Sam ten wzmacniacz jest używany w terminalu do połączenia DEMUX-a i linii do odbioru sygnału pochodzącego z odległej stacji. Dlatego stłumiony sygnał liniowy jest wzmacniany do poziomu od +3 dBm do 10 dBm przed wejściem do jednostki DEMUX.

Optyczny kanał nadzorczy

Funkcja transmisji dodatkowych danych (2 Mb / s: EOW, dane użytkownika itp. Przez interfejs) na oddzielnej długości fali (1480 nm zgodnie z zaleceniem ITU-T G-692) o niższym poziomie optycznym bez żadnego zabezpieczenia optycznego, wraz z i niezależnie od głównego optycznego sygnału ruchu STM-n, realizowany jest przez OSC. EOW (0,3 do 3,4 KHz) dla kanału selektywnego i omnibus wynosi 64 kb / s w 8-bitowym kodzie PCM.

Optyczny kanał nadzorczy (OSC) pomaga sterować i monitorować optyczne urządzenia liniowe, a także zarządzać lokalizacją uszkodzeń, konfiguracją, wydajnością i bezpieczeństwem za pomocą LCT.

W tym rozdziale omówimy różne elementy urządzeń optycznych.

Izolator

Izolator jest urządzeniem bezodwrotnym, które przepuszcza światło wzdłuż światłowodu w jednym kierunku i zapewnia bardzo duże tłumienie w kierunku przeciwnym. W układzie optycznym potrzebne są izolatory, które zapobiegają niepożądanym odbiciom, cofaniu się włókna i zakłócaniu działania lasera (wytwarzając szum). W produkcji izolatorów ”Faradays Effect”, Który jest zależny od polaryzacji.

Izolatory są konstruowane przy użyciu polaryzatorów optycznych, analizatorów i rotatora Faradaya. Sygnał optyczny przechodzi przez polaryzator, zorientowany równolegle do przychodzącego stanu polaryzacji. Rotator Faradaya obróci polaryzację sygnału optycznego o 45 stopni.

Sygnał przechodzi następnie przez analizator, który jest ustawiony pod kątem 45 stopni w stosunku do polaryzatora wejściowego. Izolator przepuszcza sygnał optyczny od lewej do prawej i zmienia polaryzację o 45 stopni i wytwarza około 2 dB tłumienia.

Szerzyciel

Cyrkulatory są urządzeniami mikrooptycznymi i mogą być używane z dowolną liczbą portów, jednak zwykle używane są pompy cyrkulacyjne 3-portowe / 4-portowe. Ma stosunkowo niskie straty od 0,5 dB do 1,5 dB między portami.

Na powyższym rysunku przedstawiono podstawowe funkcje pompy cyrkulacyjnej. Światło wchodzące do dowolnego portu (powiedzmy port 1) krąży wokół pompy cyrkulacyjnej i wychodzi z następnego portu (powiedzmy portu 2). Światło wchodzące do portu 2 wychodzi z portu 3 i tak dalej. Urządzenie działa symetrycznie wokół koła. Cyrkulatory są urządzeniami mikrooptycznymi i mogą być wykonane z dowolną liczbą portów. Jednak pompy cyrkulacyjne z 3 i 4 portami są bardzo powszechne. Cyrkulatory mają bardzo niskie straty. Typowa utrata między portami wynosi około 0,5 do 1,5 db.

Rozdzielacze i łączniki

Łączniki i rozdzielacze służą do łączenia sygnałów optycznych i / lub rozdzielania sygnałów optycznych. Zdecydowana większość jednomodowych sprzęgaczy optycznych wykorzystuje zasadę sprzężenia rezonansowego. Dwa rdzenie światłowodowe SM są umieszczone równolegle i blisko siebie. Moc optyczna przenosi się z jednego rdzenia do drugiego iz powrotem poprzez indukcję fal elektromagnetycznych. Sprzęgło mocy zależy od długości sekcji sprzęgła.

Trzy ważne cechy to -

• Return Loss - Ilość energii odbita i utracona.

• Insertion Loss - Ilość utraconego sygnału podczas całkowitego przejścia przez urządzenie.

• Excess Loss - Dodatkowa utrata urządzenia powyżej strat teoretycznych.

Rodzaje łączników

• Złącza Y.
• Złącza gwiazdowe
  • Fused Fiber
  • Płyta do mieszania
  • Planar (wolna przestrzeń)
  • Łącznik 3 dB
• Rozdzielacz wiązki

Filtry

Filtry służą do selekcji sygnału w torze trans i odbiorniku z wielu sygnałów. Kraty to filtry. Przełączniki, modulatory, AWG, multipleksery itp. Są uważane za typy filtrów.

Poniżej znajdują się rodzaje filtrów -

• Fabry-Perot
• Regulowany filtr
• Włóknowy filtr siatkowy Bragga

Filtry są używane przed diodą LED, aby zmniejszyć szerokość linii przed transmisją. Filtry będą bardzo przydatne w sieciach WDM dla -

• Filtr umieszczony przed niespójnym odbiornikiem może służyć do wybierania określonego sygnału z wielu przychodzących sygnałów.

• Proponowane są sieci WDM, które używają filtrów do kontrolowania, którą ścieżkę w sieci przyjmie sygnał.

Kraty Fibre Bragga to najważniejszy filtr optyczny w świecie komunikacji.

Modulatory

Modulatory składają się z materiału, który zmienia swoje właściwości optyczne pod wpływem pola elektrycznego lub magnetycznego. Ogólnie stosuje się trzy podejścia -

• Efekty elektrooptyczne i magnetooptyczne
• Efekty elektroabsorpcji
• Modulatory akustyczne

Ze względu na wibracje mechaniczne Nr ref. Indeks zmian istotnych. Modulatory akustyczne wykorzystują dźwięk o bardzo wysokiej częstotliwości. Kontrolując natężenie dźwięku, możemy kontrolować ilość odchylanego światła i co za tym idzie skonstruować modulator.

Oto niektóre z jego zalet -

• Poradzą sobie z dość dużą mocą.

• Ilość załamanego światła jest liniowo proporcjonalna do natężenia fal dźwiękowych.

• Mogą jednocześnie modulować różne długości fal.

Optyczny ADM

Filtr optyczny służy do izolowania lub usuwania żądanej długości fali od wielu długości fal docierających do włókna. Po upuszczeniu jednej długości fali można dodać lub wprowadzić do światłowodu kolejny kanał o tej samej długości, gdy opuszcza on OADM.

Prosty moduł ADM ma tylko 4 kanały wejściowe i wyjściowe, każdy o czterech długościach fali. W OADM długości fal mogą być wzmacniane, wyrównywane lub dalej przetwarzane. OADM porządkuje długości fal od włókna wejściowego do światłowodu wyjściowego za pomocą połączenia optycznego.

Optyczne połączenie krzyżowe

Optyczne połączenie x może przyjąć cztery włókna wejściowe, każdy o czterech długościach fal, i przestawić 16 długości fal na cztery włókna wyjściowe. Prosty transponder wewnątrz OXC przetasuje jedną z długości fal do dostępnego kanału.

Ruch telekomunikacyjny nadal rośnie w bardzo szybkim tempie. Sytuację tę przyspiesza rosnąca ilość danych i ruchu mobilnego, zwłaszcza w Indiach, w związku z niedawną liberalizacją rynku telekomunikacyjnego. Można zastosować rozwiązanie spełniające stale rosnące wymagania dotyczące ruchu w oparciu o połączenie technologii transportowych WDM, SDH i IP.

Multipleksowanie z podziałem długości fali służy do multipleksowania kilku kanałów o długości fali w pojedynczym paśmie światłowodu, co pozwala uniknąć przeciążenia włókien. Technologia SDH oferuje ziarnistość przepustowości, której obecnie wymagają klienci, i daje możliwość ochrony tych usług przed awariami sieci. Sieć transportowa IP przez WDM może oferować dostawcom usług internetowych (ISP) usługi tranzytu Internetu o dużej przepustowości.

Synchroniczna hierarchia cyfrowa

Sieci Synchronous Digital Hierarchy (SDH) zastąpiły PDH i mają kilka kluczowych zalet.

• Zalecenia ITU G.707, G.708 i G.709 stanowią podstawę globalnej sieci.

• Sieci korzystają z odporności ruchu, aby zminimalizować straty ruchu w przypadku przerwania światłowodu lub awarii sprzętu.

• Wbudowana technologia monitorowania umożliwia zdalną konfigurację i rozwiązywanie problemów z siecią.

• Elastyczna technologia umożliwia dostęp do dopływów na każdym poziomie.

• Przyszłościowa technologia umożliwia szybsze prędkości transmisji w miarę postępu technologii.

Europejskie sieci PDH nie mogą łączyć się z sieciami amerykańskimi, sieci SDH mogą obsługiwać oba typy. Powyższy rysunek przedstawia porównanie różnych sieci PDH i które sygnały mogą być przesyłane w sieci SDH.

SDH - Topologie sieciowe

System liniowy to system do topologii sieci PDH. Ruch jest dodawany i odrzucany tylko na punktach końcowych sieci. Węzły terminala są używane na końcu sieci do dodawania i odrzucania ruchu.

System linii

W każdej sieci SDH możliwe jest użycie węzła znanego jako regenerator. Ten węzeł odbiera sygnał SDH wyższego rzędu i przesyła go ponownie. Z regeneratora nie jest możliwy dostęp do ruchu niższego rzędu i są one używane tylko do pokonywania dużych odległości między lokalizacjami, gdzie odległość oznacza, że ​​odbierana moc byłaby zbyt mała, aby przenosić ruch.

System pierścieni

System pierścieniowy składa się z kilku multiplekserów add / drop (ADM) połączonych w konfiguracji pierścienia. Dostęp do ruchu można uzyskać w dowolnym ADM wokół pierścienia, a także można go zrzucić na kilka węzłów w celu rozgłaszania. Zaletą sieci pierścieniowej jest zapewnienie odporności ruchu, jeśli występuje przerwanie światłowodu, ruch nie jest tracony. Odporność sieci jest szczegółowo omówiona w kolejnym rozdziale.

Synchronizacja sieci SDH

Podczas gdy sieci PDH nie były centralnie synchronizowane, sieci SDH są (stąd nazwa synchroniczna hierarchia cyfrowa). Gdzieś w sieci operatora będzie głównym źródłem odniesienia. To źródło jest rozprowadzane w sieci albo przez sieć SDH, albo przez oddzielną sieć synchronizacji.

Każdy węzeł może przełączyć się na źródła zapasowe, jeśli główne źródło stanie się niedostępne. Definiowane są różne poziomy jakości, a węzeł przełącza się na następne najlepsze źródło jakości, jakie może znaleźć. W przypadkach, gdy węzeł wykorzystuje taktowanie linii przychodzącej, bajt S1 w narzutu MS jest używany do określenia jakości źródła.

Źródłem najniższej jakości dostępnym dla węzła jest generalnie jego wewnętrzny oscylator. W przypadku, gdy węzeł przełącza się na swoje własne wewnętrzne źródło zegara, należy temu zaradzić tak szybko, jak to możliwe, ponieważ węzeł może zacząć generować błędy w czasie.

Ważne jest, aby starannie zaplanować strategię synchronizacji sieci. Jeśli wszystkie węzły w sieci spróbują zsynchronizować się ze swoim sąsiadem po tej samej stronie, uzyskasz efekt zwany atiming loop, jak pokazano na powyższym rysunku. Ta sieć szybko zacznie generować błędy, gdy każdy węzeł będzie próbował się zsynchronizować.

Hierarchia SDH

Poniższy rysunek przedstawia sposób budowy ładunku i nie jest tak przerażający, jak się początkowo wydaje.

WDM to technologia umożliwiająca przesyłanie różnych sygnałów optycznych za pomocą jednego włókna. Jego zasada jest zasadniczo taka sama, jak zwielokrotnianie 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 to 1300 lub 1550 nm, czyli dwa okna 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 mała 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. Technologia ta została wówczas nazwana gęstym WDM (DWDM).

WDM na długich dystansach

W 1995 r. Przewoźnicy długodystansowi w Stanach Zjednoczonych zaczęli wdrażać systemy transmisji WDM typu punkt-punkt w celu zwiększenia przepustowości swoich sieci przy jednoczesnym wykorzystaniu istniejącej infrastruktury światłowodowej. Od tego czasu WDM szturmem podbił również rynek długodystansowych. Technologia WDM pozwala sprostać stale rosnącym wymaganiom w zakresie przepustowości, odkładając jednocześnie wyczerpanie światłowodu i zwiększając elastyczność w zakresie rozbudowy przepustowości.

Jednak najbardziej dominującym czynnikiem jest przewaga kosztowa rozwiązania WDM w porównaniu z konkurencyjnymi rozwiązaniami, takimi jak zwielokrotnianie z podziałem przestrzeni (SDM) lub ulepszone zwielokrotnianie z podziałem czasu (TDM) w celu zwiększenia przepustowości sieci. „Otwarte” rozwiązanie WDM, zilustrowane na poniższym rysunku, wykorzystuje transpondery w multiplekserach terminali WDM (TM) i wbudowane wzmacniacze optyczne, które są współdzielone przez kanały o wielu długościach fal.

Transponder jest w istocie konwerterem opto-elektrooptycznym 3R (O / E / O), który konwertuje sygnał optyczny zgodny ze standardem G.957 na kanał o odpowiedniej długości fali (i odwrotnie) podczas ponownego zasilania, przekształcania i ponownego synchronizacji sygnału . Rozwiązanie SDM wykorzystuje wiele par włókien równolegle, z których każda jest wyposażona w regeneratory SDH zamiast wielu długości fal korzystających z tego samego wbudowanego wzmacniacza optycznego. Aktualizacja do wyższych szybkości TDM (np. Z 2,5 Gb / s STM-16 do 10 Gb / s STM-64) jest rozwiązaniem krótkotrwałym, ponieważ zakłócenia transmisji, takie jak dyspersja, nie skalują się dobrze wraz ze wzrostem szybkości TDM, szczególnie w standardowym światłowód jednomodowy.

Studium przypadku wykazało, że dalekosiężne systemy WDM typu punkt-punkt są zdecydowanie bardziej opłacalnym rozwiązaniem niż SDM, nawet w przypadku tak niskich jak trzech kanałów STM-16. Powyższy rysunek ilustruje dwa porównania kosztów połączeń dla początkowego rdzenia sieci transportowej składającej się z 5000 km włókien o średniej odległości 300 km między dwoma miastami dostępowymi. Należy zauważyć, że punkt odniesienia 100% kosztu na powyższym rysunku odpowiada kosztowi wdrożenia jednego kanału STM-16, w tym kosztowi światłowodu. Z powyższego rysunku można wyciągnąć dwa wnioski.

Jak pokazano na poniższym rysunku, jeśli weźmie się pod uwagę tylko koszty sprzętu do transmisji i regeneracji (tj. Regeneratory SDH w obudowie SDM i WDM TM z transponderami z wbudowanymi wzmacniaczami optycznymi w przypadku WDM), początkowy koszt łącza przy użyciu technologii WDM jest większy niż dwukrotnie więcej niż SDH. Jednak rozwiązanie WDM jest bardziej opłacalne przy wdrażaniu trzech i więcej kanałów w sieci ze względu na wspólne wykorzystanie wbudowanego wzmacniacza optycznego.

Jak pokazano na poniższym rysunku, jeśli oprócz powyższego rozważa się również koszt światłowodu, przewaga kosztowa przypadku WDM staje się jeszcze bardziej widoczna i zwiększa się wraz ze wzrostem liczby kanałów. Rozwiązanie WDM jest bardziej opłacalne przy wdrażaniu trzech i więcej kanałów w sieci.

WDM na krótkim dystansie

Regeneratory nie są konieczne, a upośledzenie optyczne ma mniejszy wpływ ze względu na ograniczone odległości w sieciach krótkodystansowych, stąd korzyści z WDM są mniej oczywiste niż w przypadku rozwiązań SDM lub ulepszonych TDM. Jednak wyczerpanie włókien i niedrogie komponenty optyczne napędzają obecnie WDM w obszarze metropolitalnym.

Wniosek na krótkich dystansach dotyczy wzajemnych połączeń wielu punktów obecności (POP) w tym samym mieście. Rozważmy przykład. Poniższy rysunek pokazuje, że sieć transportowa ma co najmniej dwa POP na miasto, z którymi klienci mogą się łączyć. Dzięki technikom połączeń dwuwęzłowych, takich jak „upuść i kontynuuj”, sieci klientów mogą być połączone z siecią transportową za pośrednictwem dwóch różnych punktów POP.

Skutkuje to bardzo bezpieczną architekturą, która może nawet przetrwać awarie protokołu POP bez wpływu na ruch. Tak więc przepływ ruchu między dwoma punktami POP w mieście składa się nie tylko z ruchu przechodzącego przez miasto, ale również z ruchu kończącego się w mieście i chronionego za pomocą funkcji Drop and Continue. Te zwiększone wymagania w zakresie przepustowości w obrębie miasta doprowadziły do ​​wprowadzenia WDM na krótkodystansowym odcinku sieci transportowej.

Głównym powodem, dla którego WDM jest preferowany w stosunku do SDM, jest to, że światłowody w mieście muszą być dzierżawione od strony trzeciej lub trzeba zbudować sieć światłowodową. Dzierżawa lub budowa miejskiego włókna światłowodowego to nie tylko kosztowny proces, ale także mniej elastyczne podejście do modernizacji zdolności. W dynamicznym środowisku, w którym rozkłady i wolumeny ruchu szybko się zmieniają, trudno jest przewidzieć z góry ilość dzierżawionych lub zbudowanych światłowodów. Dlatego stosowanie technologii WDM ma wyraźne zalety w zakresie elastyczności, ponieważ kanały długości fal można aktywować w bardzo krótkim czasie.

Chociaż na świecie dostępne są określone systemy WDM na krótkich dystansach, korzystne jest stosowanie tego samego typu systemu WDM w sieci dalekiego zasięgu. Chociaż systemy WDM na krótkich dystansach są tańsze niż ich odpowiedniki na długich dystansach, a ze względu na ich tanie komponenty optyczne mogą być stosowane, prowadzą one do heterogenicznej sieci, co nie jest preferowane z kilku powodów. Po pierwsze, używanie dwóch różnych systemów prowadzi do zwiększonych kosztów operacyjnych i kosztów zarządzania. Na przykład heterogeniczna sieć wymaga więcej części zamiennych do sprzętu niż jednorodna sieć. Po drugie, współdziałanie między dwoma różnymi systemami może stwarzać problemy. Na przykład wąskie gardło może wystąpić, ponieważ systemy WDM na krótkich dystansach zazwyczaj obsługują mniej długości fal niż systemy WDM na długich dystansach.

Architektury optycznych sieci transportowych

Optyczna sieć transportowa (OTN), jak pokazano na poniższym rysunku, stanowi naturalny kolejny krok w ewolucji sieci transportowych. Z punktu widzenia architektury wysokiego poziomu nie można oczekiwać, że architektury OTN będą się znacznie różnić od architektur SDH. Niemniej jednak fakt, że SDH obejmuje inżynierię sieci cyfrowej, a OTN - inżynierię sieci analogowej, prowadzi do pewnych znaczących, choć subtelnych różnic. Zbadanie tych różnic prowadzi nas do zrozumienia aspektów OTN, które mogą różnić się od ich odpowiedników w SDH.

Ewoluujące architektury WDM OTN (w tym topologie sieciowe i schematy przetrwania) będą bardzo przypominać - jeśli nie lustro - te stosowane w sieciach SDH TDM. Powinno to być jednak zaskakujące, ponieważ zarówno SDH, jak i OTN są połączeniowymi sieciami multipleksowanymi. Główne różnice wynikają z formy technologii multipleksowania: cyfrowy TDM dla SDH vs analogowy WDM dla OTN.

Rozróżnienie między technologią cyfrową a analogową ma głęboki wpływ na podstawowe kompromisy między kosztami a wydajnością w wielu aspektach projektowania sieci OTN i systemu. W szczególności złożoność związana z inżynierią i konserwacją sieci analogowej stanowi większość wyzwań związanych z OTN.

Aby zaspokoić krótkoterminową potrzebę zwiększenia przepustowości, systemy linii punkt-punkt WDM będą nadal wdrażane na dużą skalę. Wraz ze wzrostem liczby długości fal i odległości między końcówkami rośnie potrzeba dodawania i / lub zmniejszania długości fal w miejscach pośrednich. W związku z tym elastyczne, rekonfigurowalne optyczne moduły ADM (OADM) staną się integralnymi elementami sieci WDM.

W miarę rozmieszczania większej liczby fal w sieciach nośnych będzie rosła potrzeba zarządzania przepustowością i przekazywania sygnałów między sieciami na poziomie kanału optycznego. W podobny sposób pojawiły się DXC do zarządzania pojemnością warstwy elektrycznej, pojawią się optyczne połączenia krzyżowe (OXC), które będą zarządzać pojemnością warstwy optycznej.

Początkowo potrzeba zarządzania przepustowością warstwy optycznej będzie najbardziej dotkliwa w środowisku sieci szkieletowej transportu. W tym przypadku logiczna łączność oparta na siatce będzie obsługiwana przez topologie fizyczne, w tym współdzielone pierścienie ochronne oparte na OADM i architektury przywracania siatki oparte na OXC. Wybór będzie zależał od wymaganego przez dostawcę usług stopnia „nadmiernej rozbudowy” przepustowości i wymagań w zakresie przeżywalności.

Ponieważ podobne wymagania dotyczące zarządzania przepustowością pojawiają się w wielkomiejskich środowiskach biurowych i dostępowych, rozwiązania oparte na pierścieniach OADM zostaną również zoptymalizowane pod kątem tych zastosowań: optyczne współdzielone pierścienie ochronne dla wymagań sieci oraz optyczne dedykowane pierścienie ochronne dla potrzeb koncentratorów. Stąd, podobnie jak OA była technologią umożliwiającą pojawienie się systemów linii punkt-punkt WDM, OADM i OXC będą umożliwiały powstanie OTN.

Ponieważ elementy sieci optycznej przyjmują funkcjonalność warstwy transportowej tradycyjnie zapewnianą przez sprzęt SDH, optyczna warstwa transportowa będzie służyć jako jednocząca warstwa transportowa zdolna do obsługi zarówno starszych, jak i konwergentnych formatów sygnałów sieci rdzeniowej pakietów. Oczywiście ruch dostawcy usług do OTN będzie przewidywany na podstawie transferu funkcjonalności warstwy transportowej „podobnej do SDH” do warstwy optycznej, równolegle z rozwojem filozofii konserwacji i powiązanych funkcji konserwacji sieci dla powstającej optycznej warstwy transportowej.

Przetrwanie ma kluczowe znaczenie dla roli sieci optycznych jako jednoczącej infrastruktury transportowej. Podobnie jak w przypadku wielu innych aspektów architektonicznych, przeżywalność sieci optycznej będzie bardzo podobna do przeżywalności SDH, ponieważ topologie sieci i typy elementów sieci są do siebie bardzo podobne. W warstwie optycznej mechanizmy przetrwania nadal będą zapewniać najszybsze możliwe odzyskiwanie po przecięciu włókien i innych uszkodzeniach nośników fizycznych, a także wydajne i elastyczne zarządzanie wydajnością ochrony.

OTN jest koncepcyjnie analogiczny do SDH, w którym zdefiniowane są podwarstwy odzwierciedlające relacje klient-serwer. Ponieważ zarówno OTN, jak i SDH są połączeniowymi sieciami multipleksowanymi, nie powinno dziwić, że schematy przywracania i ochrony obu są niezwykle podobne. Subtelna, ale ważna różnica jest warta powtórzenia: podczas gdy sieć TDM opiera się na cyfrowej manipulacji szczeliną czasową, sieć OTN / WDM opiera się na analogowej manipulacji szczeliną częstotliwości lub kanałem optycznym (długością fali). Tak więc, chociaż możemy oczekiwać, że podobna architektura ochrony i przywracania będzie możliwa w przypadku obu technologii, rodzaje awarii sieci, które należy uwzględnić w dowolnym konkretnym schemacie przeżywalności, mogą być zupełnie inne.

Żywotność warstwy optycznej

Sieci telekomunikacyjne są zobowiązane do zapewniania niezawodnych nieprzerwanych usług swoim klientom. Ogólne wymagania dotyczące dostępności są rzędu 99,999 procent lub więcej, co oznaczałoby, że sieć nie może działać średnio dłużej niż 6 minut rocznie. W rezultacie żywotność sieci jest głównym czynnikiem wpływającym na sposób projektowania i eksploatacji tych sieci. Sieci muszą być zaprojektowane tak, aby obsługiwały przerwy w łączach lub światłowodach, a także usterki sprzętu.

Sieć można postrzegać jako składającą się z wielu współpracujących ze sobą warstw, jak pokazano na powyższym rysunku. Różni przewoźnicy wybierają różne sposoby realizacji swoich sieci przy użyciu różnych kombinacji strategii warstwowych. Dominujący przewoźnicy korzystają z dużej zainstalowanej bazy sprzętu SDH oraz szerokich możliwości pielęgnacji i monitorowania cyfrowych połączeń krzyżowych.

W przeciwieństwie do tego operator oferujący usługi oparte na protokole internetowym (IP) stara się mieć uproszczoną infrastrukturę sieciową, wykorzystującą protokół IP jako podstawową warstwę transportową bez korzystania z SDH. Przewoźnicy wyróżniający się jakością (i różnorodnością) usług (QOS) mogą wykorzystywać ATM jako technologię transportową. Pod tymi warstwami znajduje się wyłaniająca się optyczna warstwa WDM lub warstwa optyczna.

Warstwa optyczna zapewnia ścieżki światła do wyższych warstw, które można uznać za warstwy klienckie korzystające z usługi świadczonej przez warstwę optyczną. Ścieżki świetlne to rury z komutacją obwodów przenoszące ruch z dość dużą szybkością transmisji (np. 2,5 Gb / s lub 10 Gb / s). Te ścieżki świetlne są zwykle konfigurowane w celu połączenia urządzeń warstwy klienta, takich jak moduły ADM SDH, routery IP lub przełączniki ATM. Po skonfigurowaniu pozostają one dość statyczne w czasie.

Warstwa optyczna składa się z optycznych terminali liniowych (OLT), optycznych modułów ADM (OADM) i optycznych połączeń krzyżowych (OXC), jak pokazano na poniższym rysunku. OLT multipleksują wiele kanałów w jedno włókno lub parę włókien. OADM dodają niewielką liczbę kanałów z / do zagregowanego strumienia WDM. OXC przełącza i zarządza dużą liczbą kanałów w lokalizacji węzła o dużym natężeniu ruchu.

Patrzymy na ochronę warstwy optycznej z punktu widzenia usług, pod kątem rodzajów usług, jakie musi zapewnić warstwa optyczna do warstwy wyższej. Następnie porównujemy różne schematy ochrony warstwy optycznej, które zostały zaproponowane pod względem ich kosztu i wydajności przepustowości w oparciu o zestaw usług, które muszą być obsługiwane. Jest to nieco inne rozwiązanie, w przypadku których ochrona warstwy optycznej jest postrzegana jako analogiczna do ochrony warstwy SDH.

Dlaczego ochrona warstwy optycznej?

Warstwy IP, ATM i SDH pokazane na powyższym rysunku obejmują techniki ochrony i przywracania. Chociaż wszystkie te warstwy zostały zaprojektowane do współpracy z innymi warstwami, mogą one również działać bezpośrednio na włóknie, a zatem nie są zależne od innych warstw w zakresie ochrony i odtwarzania. W rezultacie każda z tych warstw posiada własne funkcje ochronne i przywracające. Powstaje zatem pytanie, dlaczego potrzebujemy warstwy optycznej, aby zapewnić własny zestaw mechanizmów ochrony i odtwarzania. Oto niektóre z powodów -

• Niektóre warstwy działające powyżej warstwy optycznej mogą nie być w stanie w pełni zapewnić wszystkich funkcji ochronnych potrzebnych w sieci. Na przykład warstwa SDH została zaprojektowana w celu zapewnienia kompleksowej ochrony, a zatem nie będzie polegać na ochronie warstwy optycznej. Jednak same techniki ochrony w innych warstwach (IP lub ATM) mogą nie być wystarczające, aby zapewnić odpowiednią dostępność sieci w przypadku wystąpienia usterek.

  Obecnie istnieje wiele propozycji eksploatacji warstwy IP bezpośrednio na warstwie optycznej bez stosowania warstwy SDH. Chociaż protokół IP obejmuje odporność na błędy na poziomie routingu, mechanizm ten jest uciążliwy i nie jest wystarczająco szybki, aby zapewnić odpowiednią QOS. W tym przypadku ważne staje się, aby warstwa optyczna zapewniała szybką ochronę, aby spełnić ogólne wymagania dotyczące dostępności z warstwy transportowej.

• Większość przewoźników ma ogromne inwestycje w starsze urządzenia, które w ogóle nie zapewniają mechanizmów ochrony, ale nie można ich zignorować. Bezproblemowe wprowadzenie warstwy optycznej między tym sprzętem a włóknem surowym zapewnia niskokosztową modernizację infrastruktury za pomocą długich łączy światłowodowych ze zwiększoną żywotnością.

• Aby zapewnić dodatkowy poziom odporności sieci, można zastosować ochronę i odbudowę warstwy optycznej. Na przykład wiele sieci transportowych jest zaprojektowanych tak, aby obsługiwały pojedynczą awarię naraz, ale nie wiele awarii. Przywrócenie optyczne może być wykorzystane w celu zapewnienia odporności na wiele awarii.

• Ochrona warstwy optycznej może być skuteczniejsza w przypadku niektórych rodzajów awarii, takich jak przecięcia włókien. Pojedyncze włókno przenosi ruch o wielu długościach fal (np. 16-32 strumienie SDH). Zatem cięcie włókna powoduje, że wszystkie 16-32 z tych strumieni SDH są niezależnie odtwarzane przez warstwę SDH. System zarządzania siecią jest zalewany dużą liczbą alarmów generowanych przez każdy z tych niezależnych podmiotów. Jeżeli cięcie włókna jest przywracane dostatecznie szybko przez warstwę optyczną, można uniknąć tej nieefektywności operacyjnej.

• Znaczne oszczędności kosztów można uzyskać, stosując ochronę i przywracanie warstwy optycznej.

Ograniczenia - ochrona warstwy optycznej

Poniżej przedstawiono niektóre ograniczenia ochrony warstwy optycznej.

• Nie radzi sobie ze wszystkimi typami usterek w sieci. Na przykład nie radzi sobie z awarią lasera w routerze IP lub ADM SDH podłączonym do sieci optycznej. Ten typ awarii musi być obsługiwany odpowiednio przez warstwę IP lub SDH.

• Może nie być w stanie wykryć wszystkich typów błędów w sieci. Ścieżki światła zapewniane przez warstwę optyczną mogą być przezroczyste, tak że przenoszą dane z różnymi szybkościami transmisji. W tym przypadku warstwa optyczna może w rzeczywistości nie wiedzieć, co dokładnie jest przenoszone na tych drogach światła. W rezultacie nie może monitorować ruchu w celu wykrycia degradacji, takich jak zwiększone współczynniki błędów bitowych, które normalnie wywołałyby przełącznik zabezpieczający.

• Warstwa optyczna chroni ruch w jednostkach ścieżek świetlnych. Nie może zapewnić różnych poziomów ochrony dla różnych części ruchu odbywającego się na torze świetlnym (część ruchu może mieć wysoki priorytet, a druga niższy priorytet). Ta funkcja musi być wykonywana przez wyższą warstwę, która obsługuje ruch z tą drobniejszą szczegółowością.

• Mogą istnieć ograniczenia budżetowe łącza, które ograniczają zdolność ochrony warstwy optycznej. Na przykład długość trasy ochrony lub liczba węzłów, przez które przechodzi ruch zabezpieczający, może być ograniczona.

• Jeśli cała sieć nie jest starannie zaprojektowana, mogą wystąpić sytuacje wyścigu, gdy warstwa optyczna i warstwa klienta będą próbowały jednocześnie chronić ruch przed awarią.

• Technologia i techniki ochrony nie zostały jeszcze przetestowane w terenie, dlatego wdrożenie tych nowych mechanizmów ochrony na pełną skalę zajmie kilka lat.

Definicje podmiotów chronionych

Zanim przejdziemy do szczegółów technik ochrony i kompromisów między nimi, warto zdefiniować jednostki, które są chronione przez warstwę optyczną i warstwę klienta. Te jednostki pokazano na poniższym rysunku.

Port sprzętu klienta

Porty na urządzeniu klienckim mogą zawieść. W takim przypadku warstwa optyczna nie może sama chronić warstwy klienta.

Połączenia wewnętrzne między klientem a sprzętem optycznym

Kable wewnątrz obiektu mogą zostać odłączone, głównie z powodu błędów ludzkich. Uważa się to za stosunkowo prawdopodobne wydarzenie. Ponownie, pełną ochronę przed takimi zdarzeniami można zapewnić tylko poprzez połączenie ochrony warstwy klienta i warstwy optycznej.

Karty transponderów

Transpondery to karty interfejsowe między sprzętem klienckim a warstwą optyczną. Karty te konwertują sygnał ze sprzętu klienckiego na długość fali odpowiednią do użytku w sieci optycznej, wykorzystując konwersję optyczną do elektrycznej na optyczną. Dlatego też wskaźnika awaryjności tej karty nie można uznać za znikomy. Biorąc pod uwagę dużą liczbę tych kart w systemie (po jednej na długość fali), konieczne jest ich specjalne zabezpieczenie.

Obiekty zewnętrzne

Ten obiekt światłowodowy między lokalizacjami jest uważany za najmniej niezawodne elementy systemu. Cięcia włókien są dość powszechne. Ta kategoria obejmuje również wzmacniacze optyczne rozmieszczone wzdłuż światłowodu.

Całe węzły

Cały węzeł może ulec awarii z powodu błędów personelu konserwacyjnego (np. Wyzwolenie wyłączników mocy) lub awarii całego obiektu. Awarie na miejscu są stosunkowo rzadkie i zwykle występują z powodu klęsk żywiołowych, takich jak pożary, powodzie lub trzęsienia ziemi. Awarie węzłów mają istotny wpływ na sieć i dlatego nadal wymagają ochrony, mimo stosunkowo niskiego prawdopodobieństwa ich wystąpienia.

Ochrona kontra przywracanie

Protectionjest zdefiniowany jako podstawowy mechanizm służący do radzenia sobie z awarią. Musi być bardzo szybki (zazwyczaj ruch nie powinien być przerywany na dłużej niż 60 ms w przypadku awarii sieci SDH). W rezultacie trasy ochronne zwykle wymagają wcześniejszego zaplanowania, aby ruch drogowy mógł zostać szybko przełączony z normalnych tras na trasy ochronne.

Ze względu na wymagania dotyczące szybkości funkcja ta jest zwykle wykonywana w sposób rozproszony przez elementy sieci bez polegania na jednostce zarządzania scentralizowanego w celu koordynowania działań ochronnych. Z wyjątkiem najnowszych (i jeszcze nie sprawdzonych) szybkich schematów ochrony siatki, techniki ochrony wydają się być dość proste i są wdrażane w topologiach liniowych lub pierścieniowych. W końcu wszystkie wykorzystują 100-procentową przepustowość dostępu w sieci.

W przeciwieństwie, restorationnie jest podstawowym mechanizmem służącym do radzenia sobie z awarią. Po zakończeniu funkcji ochrony przywrócenie jest wykorzystywane w celu zapewnienia wydajnych tras lub dodatkowej odporności na dalsze awarie, zanim pierwsza awaria zostanie naprawiona. W rezultacie może pozwolić sobie na dość powolne działanie (czasami sekundy do minut).

Trasy rekonstrukcji nie muszą być wstępnie planowane i mogą być obliczane w locie przez scentralizowany system zarządzania, bez konieczności stosowania funkcji sterowania rozproszonego. W celu zmniejszenia wymaganej nadmiernej przepustowości można zastosować bardziej wyrafinowane algorytmy i można obsługiwać bardziej złożone topologie siatki.

Podwarstwy w warstwie optycznej

Warstwa optyczna składa się z kilku podwarstw. Ochronę i odbudowę można przeprowadzić na tych różnych warstwach. Możemy mieć schematy, które chronią poszczególne ścieżki świetlne lub kanały optyczne. Schematy te radzą sobie z przecinaniem światłowodów, a także awariami urządzeń końcowych, takich jak lasery lub odbiorniki.

Możemy mieć schematy, które działają na zagregowanym poziomie sygnału, który odpowiada warstwie Optical Multiplex Section (OMS). Schematy te nie rozróżniają różnych ścieżek światła, które są multipleksowane razem, i przywracają je wszystkie jednocześnie, przełączając je jako grupę.

Termin ochrona warstwy ścieżki jest używany do oznaczenia schematów, które działają na poszczególnych kanałach lub ścieżkach światła, a ochrona warstwy linii w celu oznaczenia schematów, które działają w optycznej warstwie sekcji multipleksu. Tabela 1 zawiera porównanie właściwości ścieżek i schematów warstw linii, a tabela 2 i 3 - różne schematy ścieżek i linii.

Tabela 1: Porównanie między ochroną linii a ochroną ścieżki

Kryterium	Ochrona linii	Ochrona ścieżki
Chroni przed	Pomieszczenia biurowe Awarie witryny / węzła	Pomieszczenia biurowe Awarie witryny / węzła Awarie sprzętu
Liczba włókien	Cztery, jeśli używane jest multipleksowanie jednopoziomowe	Dwa
Potrafi obsłużyć awarie / degradację pojedynczej ścieżki	Nie	tak
Obsługuje ruch, którego nie wolno chronić	Nie	tak
Koszt wyposarzenia	Niska	Wysoki
Efektywność przepustowości	Dobre dla ruchu chronionego	Niski dla niezabezpieczonych kanałów

Tabela 2: Porównanie schematów warstw liniowych

Schemat	Chroni przed	Topologia	Ograniczenia / braki	Korzyści dla klienta
Linia 1 + 1	Cięcia liniowe	Punkt-punkt	Potrzebna jest różnorodna droga do ochrony włókien	Najprostszy do wdrożenia i obsługi
Linia 1 + 1	Cięcia liniowe	Punkt-punkt	Potrzebna jest różnorodna droga do ochrony włókien	Obsługa ruchu o niskim priorytecie Mniejsza strata (o ok. 3 dB)
OULSR	Cięcia liniowe Błędy węzłów	Pierścień Metropolitan	Uszkodzenia warstwy optycznej Dalsza utrata mocy występuje z powodu mostkowania sygnałów na poziomie linii	Prosty we wdrożeniu i obsłudze Można to zrobić za pomocą elementów pasywnych (zamiast przełączników optycznych)
OBLSR	Cięcia liniowe Błędy węzłów	Pierścień Metropolitan	Uszkodzenia warstwy optycznej	Ponowne wykorzystanie przepustowości ochrony Obsługa ruchu o niskim priorytecie
Ochrona linii siatki	Cięcia liniowe Błędy węzłów	Każdy	Ograniczone przez uszkodzenia warstwy optycznej Oparty na całkowicie optycznym połączeniu krzyżowym Trudne do zarządzania	Wydajny Niska cena

Tabela 3: Porównanie schematów ścieżek-warstw

Schemat	Chroni przed	Topologia	Ograniczenia / braki	Korzyści dla klienta
Ochrona warstwy klienta	Błędy sprzętu klienta Pomieszczenia biurowe Błędy transpondera Pomieszczenia biurowe Błędy węzłów	Każdy	Wymaga różnorodnych ścieżek w sieci Najdroższy	Najbardziej rozbudowana ochrona
Ochrona sprzętu 1: N.	Błędy transpondera	Liniowy lub pierścieniowy		Bardzo niski koszt Wydajne pasmo
Ścieżka 1 + 1 lub OUPSR	Pomieszczenia biurowe Błędy węzłów	Każdy	Wymaga różnorodnych ścieżek w sieci Zużycie przepustowości	Podobna do ochrony klienta Prosty w opracowaniu i obsłudze
OBPSR	Pomieszczenia biurowe Błędy węzłów	Wirtualny pierścień		Ponowne wykorzystanie przepustowości ochrony Obsługuje ruch o niskim priorytecie
Ochrona ścieżki z siatki	Pomieszczenia biurowe Błędy węzłów	Każdy	Wymaga OXC Bardzo skomplikowane we wdrożeniu i obsłudze	Wysoka wydajność

Fizyczna topologia sieci może być dowolną siatką, przechodzącą przez ścieżki światła między węzłami urządzeń klienckich. Topologia wirtualna z punktu widzenia sprzętu klienta jest ograniczona zgodnie z warstwą klienta (np. Pierścienie dla SDH). 2 Topologia fizyczna to dowolna siatka, podczas gdy topologia wirtualna ścieżek światła to pierścień.

Rozważmy na przykład dwa schematy ochrony pokazane na poniższych rysunkach. Oba te schematy można traktować jako schematy ochrony 1 + 1, to znaczy zarówno rozdzielają sygnał na końcu nadawczym, jak i wybierają lepszą kopię na końcu odbiorczym. Rys. (A) przedstawia ochronę warstwy liniowej 1 + 1, w której zarówno rozdzielanie, jak i selekcja są wykonywane łącznie dla całego sygnału WDM. Rys. (B) przedstawia ochronę warstwy ścieżki 1 + 1, gdzie rozdzielanie i selekcja są wykonywane oddzielnie dla każdej ścieżki światła.

Warstwa liniowa a ochrona warstwy ścieżki

Między tymi dwoma podejściami występują istotne różnice w kosztach i złożoności. Ochrona linii wymaga jednego dodatkowego rozgałęźnika i przełączenia na niezabezpieczony system. Jednak ochrona ścieżki wymaga jednego rozgałęźnika i przełącznika na kanał. Co ważniejsze, ochrona ścieżki zazwyczaj wymaga dwa razy więcej transponderów i dwa razy więcej zasobów multipleksera / demultipleksera niż ochrona linii. Dlatego ochrona ścieżki jest prawie dwa razy droższa niż ochrona linii, jeśli wszystkie kanały mają być chronione. Historia zmienia się jednak, jeśli wszystkie kanały nie muszą być chronione.

Podstawowe programy ochrony

Porównanie schematów ochrony można znaleźć w tabelach -1, 2 i 3. Schematy ochrony warstwy optycznej można sklasyfikować w podobny sposób jak schematy ochrony SDH i można je zaimplementować w warstwie klienta, warstwie ścieżki lub warstwie liniowej .

Ochrona klienta

Prostą opcją jest pozwolić warstwie klienta zadbać o własną ochronę i nie pozwolić warstwie optycznej na jakąkolwiek ochronę. Może tak być w przypadku warstw klienckich SDH. Chociaż jest to proste z punktu widzenia warstwy optycznej, można uzyskać znaczne korzyści kosztowe i oszczędności w zakresie przepustowości, wykonując ochronę warstwy optycznej. Chociaż metoda ochrony klienta może obsługiwać sieci klienckie typu punkt-punkt, pierścieniowe lub kratowe, należy zauważyć, że z punktu widzenia sieci optycznej wszystko to przekłada się na obsługę sieci optycznej, ponieważ nawet klient punkt-punkt łącze może obejmować całą optyczną sieć kratową.

W ochronie warstwy klienta ścieżki robocze i ochronne klientów są w pełni zróżnicowane i prowadzone przez warstwę optyczną, dzięki czemu nie ma pojedynczych punktów awarii. Ponadto ścieżki klienta roboczego i klienta ochrony nie powinny być mapowane na różne długości fali przez to samo łącze WDM. Jeśli łącze WDM ulegnie awarii, obie ścieżki zostaną utracone.

Schematy warstw ścieżki

Ochrona ścieżki 1 + 1

Ten schemat wymaga dwóch długości fal w całej sieci, a także dwóch zestawów transponderów na każdym końcu. Po nałożeniu na pierścień, zabezpieczenie to jest również określane jako optyczny jednokierunkowy pierścień z przełączaną ścieżką (OUPSR) lub dedykowany pierścień zabezpieczający OCh (pierścień OCh / DP).

Implementation Notes- Mostkowanie jest zwykle wykonywane przez sprzęgacz optyczny, a wybór za pomocą przełącznika optycznego 1 x 2. Odbiorca może zdecydować o przełączeniu się na ścieżkę rezerwową bez koordynacji ze źródłem.

Dwukierunkowy pierścień przełączania ścieżki

Schemat ten jest luźno oparty na czterowłóknowym pierścieniu dwukierunkowym przełączanym liniowo (BLSR) SDH i opiera się na wspólnej szerokości pasma ochrony wokół pierścienia. Gdy działająca ścieżka światła ulegnie awarii, węzły koordynują i próbują wysłać ruch przez wyznaczone pasmo ochronne w tym samym kierunku wokół pierścienia (w celu przezwyciężenia usterek transpondera). To jest przełącznik zakresu. Jeśli to się nie powiedzie, węzły zapętlają ruch wokół alternatywnej ścieżki wokół pierścienia aż do drugiego końca awarii. Ta czynność to przełącznik pierścieniowy.

Schemat pozwala, aby nienakładające się ścieżki światła korzystały z tej samej szerokości pasma ochrony, o ile nie zawiodły razem. Ten schemat jest również nazywany współdzielonym pierścieniem zabezpieczającym OCh (OCh / SPRing).

Implementation Notes- Ten schemat można zaimplementować w OXC lub za pomocą znacznie mniejszych przełączników w OADM. Przełączniki są potrzebne dla każdego kanału ochrony. Jest podobny do standardu SDH BLSR.

Ochrona Mesh Path

Schemat ten umożliwia globalną ochronę siatki z bardzo szybkim przełączaniem (w czasie krótszym niż 100 ms) dla każdej uszkodzonej ścieżki światła oddzielnie na ścieżkę rezerwową, współdzieloną przez wiele ścieżek światła, które potencjalnie mogą mieć inną trasę na ścieżkę światła. W przypadku awarii jest ona informowana o wszystkich odpowiednich węzłach, które konfigurują ścieżki zapasowe.

Implementation Notes- Te schematy są wdrażane w OXC. Ze względu na ograniczenia czasowe predefiniowane ścieżki kopii zapasowych są przechowywane w węzłach sieci i są aktywowane na podstawie typów awarii.

Przywracanie ścieżki siatki

W przeciwieństwie do ochrony ścieżki siatki, schemat ten nie ma rygorystycznych ograniczeń czasowych. To urządzenie oblicza alternatywne trasy przy użyciu swojej topologii i przekazuje nowe informacje o konfiguracji do węzłów, które ustawiają te trasy. Węzły nie muszą utrzymywać żadnych informacji n / w.

Implementation Notes - Scentralizowany charakter tego schematu zapewnia bardziej zoptymalizowane trasy ochrony i zmniejsza złożoność wdrażania i konserwacji.

1: Ochrona sprzętu N.

Jednym z najbardziej złożonych (a przez to podatnych na awarie) modułów w typowym terminalu WDM jest transponder. Zabezpieczenie 1: N oznacza zapasowy transponder do przejęcia w przypadku awarii normalnego transpondera.

Implementation Notes- Ten schemat jest zwykle oparty na wyznaczonej chronionej długości fali. W przypadku awarii oba końce muszą przełączać się za pomocą szybkich protokołów sygnalizacyjnych, a nie tak jak APS w SDH.

Schematy warstw linii

Ochrona liniowa 1 + 1

Schemat ten jest oparty na mostkowaniu całego sygnału WDM w masie do pary zróżnicowanych urządzeń. Odbiorca tych obiektów wybiera następnie, który z dwóch sygnałów ma otrzymać.

Ochrona liniowa 1: 1

Ten schemat wymaga konfiguracji podobnej do poprzedniej (tj. Liniowej 1 + 1), jednak sygnał jest przełączany na tor roboczy lub ochronny, ale nie na oba. Chociaż zwiększa to obciążenie koordynacyjne, umożliwia prowadzenie ruchu o niskim priorytecie na ścieżce zapasowej (do czasu, gdy jest to konieczne do ochrony ścieżki roboczej). Oznacza to również mniejsze straty mocy optycznej ze względu na to, że cała energia sygnału kierowana jest na jedną ścieżkę zamiast na dwie.

Implementation Notes- Przełączanie jest zwykle wykonywane za pomocą przełącznika optycznego 1 × 2. Koordynację uzyskuje się dzięki szybkiemu protokołowi sygnalizacyjnemu.

Optyczny jednokierunkowy pierścień przełączający linię (OULSR)

Schemat jest podobny do schematu OUPSR z tym wyjątkiem, że mostkowanie i selekcja sygnału są wykonywane dla zagregowanego sygnału WDM. Pozwala to na bardziej zoptymalizowany projekt, niższe koszty i bardzo różne implementacje.

Implementation Notes- Implementacja tego schematu jest oparta na pasywnych łącznikach, które prowadzą pierścień optyczny do medium rozgłoszeniowego. Zamiast korzystać z OADM, schemat ten opiera się na prostych OLT, z których każdy jest połączony w pierścienie zgodne z ruchem wskazówek zegara i przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, więc każda z długości fal jest przesyłana i odbierana na obu światłowodach. W normalnych warunkach łącze jest sztucznie odłączane, co powoduje powstanie liniowej magistrali po ponownym podłączeniu łącza przecinanego światłowodem.

Dwukierunkowy pierścień przełączania linii

Ten schemat jest podobny do schematu OBPSR zarówno pod względem aspektów protokołu, jak i zastosowanych działań zabezpieczających (przełączanie zakresu i pierścienia). Podobnie jak we wszystkich schematach warstwy liniowej, zagregowany sygnał WDM jest przełączany zbiorczo na dedykowane włókno ochronne (wymagające czterech włókien) lub na inne pasmo WDM w jednym włóknie (zezwala na tylko dwa włókna, ale wymaga dwustopniowego schematu multipleksera ). Ten schemat jest również określany jako wspólny pierścień zabezpieczający OMS (OMS / SPRing).

Implementation Notes- Ponieważ trasa rezerwowa oplata cały pierścień optycznie, mogą być potrzebne optyczne wzmacniacze liniowe wzdłuż ścieżki rezerwowej w celu skompensowania strat. Obwód pierścienia jest również ograniczony innymi wadami optycznymi. Dlatego ta opcja najlepiej pasuje do zastosowań miejskich.

Ochrona / przywracanie siatki siatki

Schemat ten jest oparty na całkowicie optycznych połączeniach krzyżowych, które kierują sygnał WDM z uszkodzonego obiektu na alternatywną trasę iz powrotem na drugi koniec uszkodzonego obiektu.

Implementation Notes - Podobnie jak OBLSR, ten schemat jest ograniczony przez wady optyczne, które mogą pojawić się wzdłuż alternatywnych tras i wymagają starannego projektowania optycznego.

Rozważenie wyboru systemu ochrony

Kryteria, które mogą być wykorzystane przez operatora do wyboru schematów ochrony, które mają być używane w sieci. Na poniższym rysunku przedstawiono uproszczony wykres decyzyjny, przy założeniu, że potrzebne jest zarówno wyposażenie, jak i ochrona linii.

Koszt ochrony

Kolejnym kryterium z punktu widzenia przewoźnika jest koszt systemu w co najmniej dwóch aspektach -

• Koszt wyposarzenia
• Efektywność przepustowości

Oba zależą od kombinacji usług ruchu, to znaczy od części ruchu, który ma być chroniony przez warstwę optyczną.

Poniższy rysunek przedstawia koszt wyposażenia schematów warstw ścieżek i równoważnych schematów warstw linii jako funkcję natężenia ruchu. Jeśli cały ruch ma być chroniony, schematy warstw ścieżek wymagają około dwukrotnie większego wyposażenia niż schematy warstwy liniowej, ponieważ współdzielenie wspólnych urządzeń jest mniejsze.

Jednak koszt ochrony warstwy ścieżki jest proporcjonalny do liczby kanałów, które mają być chronione, ponieważ każdy kanał wymaga skojarzonego multipleksera / demultipleksera i sprzętu końcowego. W związku z tym koszt ochrony warstwy ścieżki spada, jeśli trzeba chronić mniej kanałów. W przypadku, gdy żadne kanały nie muszą być chronione, schematy warstwy ścieżki będą kosztować mniej więcej tyle samo, co schematy warstwy linii, przy założeniu, że nie zostanie wdrożony żaden dodatkowy wspólny sprzęt.

Historia różni się od punktu widzenia wydajności pasma, jak pokazano na poniższym rysunku. W systemie z ochroną linii przepustowość ochrony jest wykorzystywana do ścieżek świetlnych, które wymagają ochrony, a także do tych, które jej nie wymagają. W systemach ochrony ścieżek ścieżki światła, które nie wymagają ochrony, mogą wykorzystywać szerokość pasma, umożliwiając innym niezabezpieczonym ścieżkom światła wykorzystanie przepustowości, która w przeciwnym razie zostałaby zmarnowana na niepożądaną ochronę.

Wynika z tego, że jeśli duża część ścieżek świetlnych mogłaby pozostać niezabezpieczona, ochrona warstwy ścieżki odzyskuje koszty, obsługując większy ruch roboczy w tej samej sieci niż ochrona w warstwie linii.

Starsze sieci optyczne wykorzystują technologie SDH / SONET do przesyłania danych w sieci optycznej. Sieci te są stosunkowo łatwe do zaplanowania i zaprojektowania. Nowe elementy sieci można łatwo dodawać do sieci. Statyczne sieci WDM mogą wymagać mniejszych inwestycji w sprzęt, zwłaszcza w sieciach metra. Jednak planowanie i konserwacja tych sieci może być koszmarem, ponieważ zasady inżynieryjne i skalowalność są często dość złożone.

Szerokość pasma i długości fal muszą być wstępnie przydzielone. Ponieważ długości fal są pogrupowane w grupy i nie wszystkie grupy są zakończone w każdym węźle, dostęp do określonych długości fal może być niemożliwy w niektórych miejscach. Rozszerzenia sieci mogą wymagać nowej regeneracji optyczno-elektrycznej-optycznej i wzmacniaczy lub przynajmniej regulacji mocy w istniejących lokalizacjach. Obsługa statycznej sieci WDM wymaga dużej siły roboczej.

Planowanie sieci i przepustowości powinno być tak proste, jak w przeszłości w sieciach SDH / SONET. W ramach danej szerokości pasma pierścienia, na przykład STM-16 lub OC-48, każdy węzeł może zapewnić taką przepustowość, jaka jest potrzebna.

Dostęp do całego pasma był możliwy w każdym ADM. Rozbudowa sieci, na przykład wprowadzenie nowego węzła w istniejącym pierścieniu, była stosunkowo łatwa i nie wymagała żadnych wizyt na miejscu istniejących węzłów. Schemat sieci po lewej stronie ilustruje to: Cyfrowe systemy cross-connect łączą się z wieloma optycznymi pierścieniami SDH / SONET.

Konfigurowalne sieci optyczne działają inaczej: szerokość pasma może być planowana na żądanie, a zasięg jest optymalizowany, ponieważ moc optyczna jest teraz zarządzana na kanał WDM. Znacząco wzrasta skalowalność.

Kluczowym elementem umożliwiającym taką rekonfigurowalną sieć optyczną jest Reconfigurable Optical Add-drop Multiplexer (ROADM). Umożliwia przekierowanie fal optycznych do interfejsów klienta za pomocą jednego kliknięcia w oprogramowaniu. Nie ma to wpływu na inny ruch. Wszystko to osiąga się bez konieczności przyjeżdżania ciężarówek do odpowiednich miejsc w celu zainstalowania filtrów lub innego sprzętu.

Rekonfigurowalna sieć WDM z ROADM

Statyczne zasady inżynierii WDM i skalowalność mogą być dość złożone (OADM w każdym węźle).

• Wstępna alokacja przepustowości i długości fali
• Alokacja marginesu dla stałej struktury filtra
• Niewystarczające zarządzanie energią
• Rozszerzenie sieci wymaga regeneracji optyczno-elektrycznej-optycznej (OEO)

Sieci SDH / SONET są łatwe do zaplanowania.

• Dostęp do całej przepustowości w każdym ADM
• Proste zasady inżynieryjne (tylko jeden przeskok)
• Łatwe dodawanie nowych elementów sieciowych

Rekonfigurowalna warstwa optyczna umożliwia następujące czynności.

• Planowanie przepustowości na żądanie
• Rozszerzony przezroczysty zasięg dzięki zarządzaniu energią na kanał WDM
• Niezawodna skalowalność

Statyczne warstwy fotoniczne składają się z oddzielnych pierścieni optycznych. Rozważ kilka systemów DWDM znajdujących się na każdym z tych pierścieni. Często informacje lub dane pozostają na tym samym pierścieniu, więc nie ma problemu. Co jednak dzieje się w przypadku konieczności przekazania danych do innego ringu optycznego?

W systemach statycznych wymagana jest duża liczba transponderów wszędzie tam, gdzie potrzebne jest przejście między pierścieniami. W rzeczywistości każda długość fali, która przechodzi z jednego pierścienia do drugiego, wymaga dwóch transponderów: po jednym po każdej stronie sieci. Takie podejście pociąga za sobą wysokie koszty i dużo wstępnego planowania, biorąc pod uwagę przydział przepustowości i kanałów.

Wyobraźmy sobie teraz dynamiczną, rekonfigurowalną warstwę fotoniczną. Tutaj istnieje tylko jeden system DWDM tworzący interfejs między dwoma pierścieniami optycznymi. W konsekwencji znika regeneracja oparta na transponderze i spada liczba systemów DWDM. Cała konstrukcja sieci jest uproszczona, a długości fal mogą teraz przemieszczać się z jednego pierścienia do drugiego bez żadnych dalszych przeszkód.

Każda długość fali może propagować się do dowolnego pierścienia i do dowolnego portu. Kluczem do takiego w pełni elastycznego i skalowalnego projektu sieci, z optycznym przejściem od rdzenia do obszaru dostępu, jest płaszczyzna sterowania ROADM i GMPLS.

Uproszczenia dzięki ROADM

ROADMy zapewniają uproszczenia w sieci oraz w procesach usługodawcy lub przewoźnika. Ta interakcja podsumowuje niektóre z tych uproszczeń. W końcu musimy pamiętać, że wszystkie te zalety skutkują zmniejszeniem nakładu czasu i kosztów. Ale co ważniejsze, prowadzą one również do zwiększenia satysfakcji klientów, a co za tym idzie, ich lojalności.

Planowanie sieci jest znacznie uproszczone dzięki ROADM. Wystarczy wziąć pod uwagę znacznie zmniejszoną liczbę transponderów, które trzeba składować w magazynie.

Instalacja i uruchomienie - na przykład podczas ustawiania nowej długości fali w sieci - wymagają znacznie mniej wysiłku i są znacznie mniej złożone. Technicy serwisowi muszą tylko odwiedzić odpowiednie miejsca końcowe, aby zainstalować transpondery i ROADM. Naprawiono optyczne multipleksery dodawania / upuszczania (FOADM), które wymagały wizyty w każdym miejscu pośrednim, aby można było przeprowadzić prace instalacyjne i poprawki.

Operacja i konserwacja są znacznie uproszczone, gdy wdrażana jest dynamiczna sieć optyczna. Diagnostykę optyczną można przeprowadzić w ciągu kilku minut, a nie godzin, jak to było wcześniej. Uszkodzenia mogą być wykrywane i dynamicznie usuwane zamiast wywoływania przechodzenia ciężarówek do lokalizacji zewnętrznych.

Dzięki zastosowaniu przestrajalnych laserów i bezbarwnych ROADM konserwacja fabryki włókien jest łatwiejsza. Dzięki tym funkcjom dostarczanie usług jest teraz łatwiejsze niż kiedykolwiek wcześniej. Podobnie jak w przypadku prac instalacyjnych i uruchomieniowych, znacznie łatwiej jest przeprowadzić konserwację sieci i wszelkie potencjalne aktualizacje.

Architektura ROADM

W poprzednich rozdziałach omówiono wiele korzyści, jakie ROADM wnoszą do projektowania i eksploatacji sieci. Oto kilka innych -

• Monitorowanie i wyrównywanie mocy na kanał w celu wyrównania całego sygnału DWDM
• Pełna kontrola ruchu ze zdalnego centrum operacyjnego sieci

Jednak do tej pory jedno pytanie pozostało bez odpowiedzi: jak działa ROADM? Rzućmy okiem na kilka podstaw.

ROADM składa się na ogół z dwóch głównych elementów funkcjonalnych: rozdzielacza długości fali i przełącznika selektywnego długości fali (WSS). Spójrz na powyższy schemat blokowy: Para światłowodów na interfejsie sieciowym nr 1 jest połączona z modułem ROADM.

Światłowód przenoszący przychodzące dane (z sieci) jest podawany do rozdzielacza długości fali. Teraz wszystkie długości fal są dostępne we wszystkich portach wyjściowych rozgałęźnika, w tym przypadku 8. Lokalny ruch dodawania / odrzucania (długości fal) można multipleksować / demultipleksować za pomocą filtru Arrayed Waveguide Filter (AWG). Korzystanie z AWG oznacza ustaloną alokację i kierunek długości fali.

Przełącznik Wavelength Selective Switch (WSS) selektywnie łączy różne długości fal i dostarcza je do wyjścia interfejsu sieciowego nr 1. Pozostałe porty rozdzielacza są połączone z innymi kierunkami sieci, na przykład trzema innymi kierunkami w 4-stopniowym węźle węzłowym.

Note- Jeden z przedstawionych modułów (całkowicie szare pole) jest potrzebny na kierunek sieci w tym węźle. A dokładniej: w węźle skrzyżowania obsługującym cztery kierunki (4 stopnie) potrzebne są cztery takie moduły.

Serce ROADM - moduł WSS

Zacznijmy od sygnału WDM dochodzącego z lewej strony. Przechodzi przez światłowód u góry i jest skierowany w stronę masowej siatki dyfrakcyjnej. Ta masowa siatka dyfrakcyjna działa jak rodzaj pryzmatu. Oddziela różne długości fal w różnych kierunkach, chociaż zmiana kąta jest dość mała. Oddzielone długości fal trafiają w zwierciadło sferyczne, które odbija promienie na zestaw układów mikroelektromechanicznych (MEMS), w skrócie. Każdy mikroprzełącznik jest uderzany inną długością fali, która jest następnie wysyłana z powrotem do lustra sferycznego.

Stamtąd promienie są zawracane do masowej siatki dyfrakcyjnej i wysyłane do światłowodu. Ale to jest teraz inne włókno niż to, od którego zaczęliśmy. Sygnał wyjściowy o pojedynczej długości fali wskazuje, że tak się stało. Sygnał ten można następnie łączyć z innymi sygnałami o pojedynczej długości fali, aby wypełnić inne włókno transmisyjne.

Dostępne są różne wersje - tutaj słowa kluczowe są bezbarwne, bezkierunkowe itp.

ROADM - stopnie, bezbarwne, bezkierunkowe i więcej

Semestr	Wyjaśnienie
Degree	Termin stopień opisuje liczbę obsługiwanych interfejsów liniowych DWDM. Węzeł ROADM o 2 stopniach obsługuje dwa interfejsy liniowe DWDM. Pozwala również na dwie gałęzie dodawania / usuwania wszystkich interfejsów liniowych.
Multi Degree	ROADM wielostopniowe obsługują więcej niż dwa interfejsy liniowe DWDM. Liczba możliwych gałęzi dodawania / usuwania jest określana przez liczbę portów WSS.
Colorless	Bezbarwny ROADM umożliwia elastyczne przydzielanie dowolnej długości fali lub koloru do dowolnego portu. Aby zaimplementować tę funkcję, należy podłączyć moduły filtrów.
Directionless	Bezkierunkowy ROADM nie wymaga fizycznego ponownego łączenia włókien transmisyjnych. Eliminowane są ograniczenia dotyczące kierunków. Bezkierunkowe ROADM są wdrażane w celu przywrócenia lub tymczasowego przekierowania usług (np. Z powodu konserwacji sieci lub wymagań dotyczących przepustowości na żądanie).
Contentionless	Bezkontaktowe ROADM eliminują potencjalny problem dwóch identycznych długości fal zderzających się w ROADM.
Gridless	Gridless ROADM obsługują różne siatki kanałów ITU-T z tym samym sygnałem DWDM. Ziarnistość sieci można dostosować do przyszłych wymagań dotyczących prędkości transmisji.

Aby zrozumieć to wyrównane podejście ROADM, poniżej przedstawiono kilka kluczowych terminów często używanych w związku z ROADM.

Bezbarwny

Proste ROADM składają się z jednego WSS dla każdego kierunku, określanego również jako „jeden stopień”. Długości fal są nadal przypisane i używane są stałe transceivery add / drop. Bezbarwne ROADM eliminują to ograniczenie: z takimi ROADMami dowolna długość fali lub kolor może być przypisana do dowolnego portu. Nie są wymagane żadne rolki ciężarowe, ponieważ cała konfiguracja jest sterowana oprogramowaniem. Aby zrealizować cechę bezbarwną, należy zaimplementować moduły filtrów.

Bezkierunkowy

Często pojawia się w połączeniu z określeniem „bezbarwny”. Bezkierunkowa konstrukcja usuwa dalsze ograniczenia ROADM. Konieczność fizycznego ponownego połączenia światłowodów transmisyjnych jest wyeliminowana za pomocą bezkierunkowych ROADM, ponieważ nie ma ograniczeń dotyczących kierunku, na przykład w kierunku południowym lub północnym.

Beztroski

Chociaż ROADM są bezbarwne i bezkierunkowe, już oferują dużą elastyczność, jednak dwie długości fal wykorzystujące tę samą częstotliwość mogą nadal kolidować w ROADM. Bezkonkurencyjne ROADM zapewniają dedykowaną strukturę wewnętrzną, aby uniknąć takiego blokowania.

Bez siatki

Bezgridowe ROADM obsługują bardzo gęstą siatkę kanałów o długości fali i mogą być dostosowane do przyszłych wymagań dotyczących szybkości transmisji. Ta funkcja jest wymagana dla szybkości sygnału powyżej 100 Gbit / si różnych formatów modulacji w jednej sieci.

Kiedy bezkierunkowy

Bezkierunkowe ROADM są najbardziej rozpowszechnionymi projektami ROADM, ponieważ umożliwiają dodawanie / upuszczanie długości fali z obsługiwanej siatki ITU na dowolnym interfejsie liniowym. W przypadku wariantu tylko bezkierunkowego, porty add / drop są specyficzne dla określonej długości fali. Korzystając z opcji bezbarwnej, porty mogą również nie być specyficzne dla długości fali.

Technologia bezkierunkowa jest najczęściej wdrażana w celu przekierowania długości fali do innych portów, zgodnie z wymaganiami przywrócenia. Możliwe są również inne aplikacje, na przykład w sytuacjach wymagających przepustowości. ROADM, które nie obsługują funkcji bezkierunkowej, podlegają pewnym ograniczeniom w zakresie elastyczności.

Gdy jest bezbarwny

Bezbarwne ROADM umożliwiają zmianę długości fal określonego kanału optycznego bez fizycznego ponownego okablowania. Bezbarwny ROADM można ponownie skonfigurować, aby dodać / upuścić dowolną długość fali z obsługiwanej siatki ITU na dowolnym porcie dodawania / upuszczania. Dodana / upuszczona długość fali może się zmienić (przestrajalny interfejs DWDM). Umożliwia to -

• Zwiększona elastyczność w zakresie dostarczania i przywracania długości fali

• Przełączanie przywracania, przełączanie kierunkowe i przełączanie kolorów

• Główną zaletą bezbarwnych portów add / drop w połączeniu z przestrajalnymi interfejsami liniowymi DWDM jest zwiększona elastyczność w zakresie dostarczania i przywracania długości fali. Automatyczne dostrajanie do następnej wolnej długości fali na żądanej ścieżce optycznej.

Jednym z ostatnich etapów pełnej automatyzacji sieci optycznej jest wdrożenie bezbarwnych ROADM. Korzystanie z takich ROADM umożliwia dodawanie / upuszczanie dowolnej długości fali obsługiwanej siatki ITU na dowolnym porcie dodawania / upuszczania. Długość fali na porcie może się zmieniać, ponieważ przestrajalne transceivery są używane jako optyczne nakładki.

Dostarczanie i przywracanie długości fali jest jeszcze łatwiejsze niż wcześniej. W przypadku zajętej długości fali system może automatycznie dostroić transiwer do następnej dostępnej wolnej długości fali. ROADM zapewniają opcję używania stałych i bezbarwnych funkcji dodawania / upuszczania w tym samym węźle ROADM.

Kiedy beztroski

Bezkolizyjne ROADM mogą dodawać / upuszczać dowolną długość fali na dowolnym porcie dodawania / upuszczania bez żadnej siatki rywalizacji na dowolnym porcie dodawania / upuszczania. Dedykowany kolor długości fali może być dodawany / upuszczany wielokrotnie (z różnych interfejsów linii DWDM) w tej samej gałęzi dodawania / upuszczania. Jeśli wyposażonych jest tylko 8 portów add / drop, musi być możliwe upuszczenie tej samej długości fali z 8 różnych kierunków linii na 8 portów add / drop. Tak długo, jak dostępne są wolne porty dodawania / upuszczania, węzeł ROADM musi mieć możliwość dodawania / upuszczania dowolnej długości fali z / do dowolnego interfejsu liniowego.

Połączenie funkcji bezbarwnej, bezkierunkowej i bezkolizyjnej (CDC) zapewnia najwyższy poziom elastyczności.

Gdy Gridless

Węzły Gridless ROADM obsługują różne siatki kanałów ITU-T w ramach tego samego sygnału DWDM. Przepustowość sieci można zapewnić na kanał.

Funkcja bezsieci jest wymagana w przypadku sieci obsługujących szybkości transmisji powyżej 100 Gb / s lub w przypadku sieci działających z różnymi schematami modulacji. Przeznaczony jest do sieci nowej generacji ze spójnymi interfejsami liniowymi. Różne szybkości transmisji danych wymagają różnych długości fal w zależności od schematu modulacji i szybkości transmisji danych.

Prędkości transmisji rosną, a schematy modulacji stają się coraz bardziej złożone. W jednym włóknie światłowodowym można teraz mieszać kilka technologii modulacji. Wszystko to odzwierciedla technologię ROADM i stwarza wymagania dla bezsiatkowych ROADM. Takie ROADM działają na gęstej siatce częstotliwości i umożliwiają przydzielanie szerokości pasma na kanał. Kanały danych wymagają teraz różnych długości fal w zależności od ich schematu modulacji i szybkości transmisji danych.

Typowe zastosowania to sieci działające z szybkościami transmisji danych powyżej 100 Gb / s lub działające równolegle z różnymi schematami modulacji. Ta ostatnia sytuacja może na przykład łatwo zaistnieć przy wdrażaniu spójnych technologii transmisji.