Sieci optyczne - ROADM

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 ilustruje to: Cyfrowe systemy cross-connect łączą się z wieloma optycznymi pierścieniami SDH / SONET.

Konfigurowalne sieci optyczne działają inaczej: szerokość pasma można zaplanować na żądanie, a zasięg jest zoptymalizowany, 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 konfigurowania 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 Add / Drop (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 zasadniczo 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 na wszystkich portach wyjściowych rozdzielacza, 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 skrzyżowania.

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 ciężarówek, 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, jeśli jest to wymagane do celów przywrócenia. Możliwe są również inne aplikacje, na przykład w sytuacjach związanych z przepustowością na żądanie. ROADM nie obsługujące 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 funkcjonalności 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 sieci 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.