Redes ópticas - Guia rápido

O pensamento atual sobre IP sobre WDM, delineando um caminho para a rede ótica de dados, que inclui vários protocolos de rede de dados acoplado a uma infraestrutura de rede ótica neutra em relação ao protocolo, é desafiado. Este tutorial discute a diversidade de protocolos de rede de dados e arquiteturas de rede para redes ópticas de dados.

A explosão da largura de banda inaugurada pela popularidade da Internet levou a uma mudança de paradigma na indústria de telecomunicações de serviços de comutação de circuitos otimizados para voz para serviços de comutação de pacotes otimizados para dados. A notação de suporte de "dados diretamente sobre a óptica" foi alimentada pela promessa de que a eliminação de camadas de rede desnecessárias levará a uma grande redução no custo e na complexidade da rede.

Nesta visão de camadas de rede reduzidas ou colapsadas, os sistemas TDM existentes, como Synchronous Digital Hierarchy (SDH), desempenham um papel decrescente e a rede de transporte óptico surge como a infraestrutura de transporte subjacente para a "rede de redes" resultante.

Internet óptica

O funcionamento da Internet óptica, por exemplo, conforme definido pelo Optical Interworking Forum (OIF), é uma infraestrutura de rede otimizada para dados em que switches e roteadores têm interfaces ópticas integradas e são conectados diretamente por fibra ou elementos de rede óptica, como Dense Wavelength- Multiplexadores de divisão (DWDMs).

No momento, entretanto, a noção de IP diretamente sobre WDM é pouco mais do que marketing habilmente disfarçado. Quase invariavelmente, IP sobre WDM são pacotes IP mapeados em SDH, juntamente com sistemas DWDM ponto a ponto baseados em SDH. Os elementos autônomos SDH, freqüentemente chamados de Time-Division Multiplexer (TDMs), não são necessários, mas o SDH continua sendo um elemento integrante da interface do equipamento de rede de dados.

A confiança cada vez maior na presença de SDH em sistemas DWDM limita a inovação tecnológica. Por exemplo, pode inibir o pacote sobre aplicações de fibra, como modo de transferência assíncrona (ATM), Gigabit Ethernet (GbE) e 10 GbE sobre DWDM. Nem nos deixa mais perto de realizar a visão definitiva das redes de transporte óptico.

Em comparação com a visão atual do IP sobre WDM, há uma visão mais equilibrada da evolução da rede de dados / transporte. Esta visão equilibrada é baseada em dois princípios fundamentais -

• Cada rede de dados é única, em um mercado regido pela diferenciação.

• A Rede de Transporte Ótico (OTN), como a infraestrutura subjacente "rede de redes", deve ser capaz de transportar uma ampla variedade de sinais de cliente, independente de seu formato.

Juntos, esses princípios fundamentais formam a base para a noção de rede óptica de dados.

As redes de transporte baseadas em TDM de hoje foram projetadas para fornecer um nível garantido de desempenho e confiabilidade para os serviços predominantes de voz e linha baseada. Tecnologias comprovadas, como SDH, têm sido amplamente implantadas, fornecendo transporte de alta capacidade, escalável para taxas de gigabit por segundo, para aplicativos de voz e linha alugada. Os anéis de autocura SDH permitem a recuperação de nível de serviço em dezenas de milissegundos após falhas de rede. Todos esses recursos são suportados por padrões globais bem estabelecidos, permitindo um alto grau de interoperabilidade de vários fornecedores.

Rede Hoje

Em contraste com as redes de transporte baseadas em TDM de hoje (e, até certo ponto, com redes ATM), as redes IP de "melhor esforço" geralmente carecem dos meios para garantir alta confiabilidade e desempenho previsível. O serviço de melhor esforço fornecido pela maioria das redes IP legadas, com atraso imprevisível, jitter e perda de pacotes, é o preço pago para atingir a utilização máxima do link por meio de multiplexação estatística. A utilização do link (por exemplo, o número de usuários por unidade de largura de banda) tem sido uma importante figura de mérito para redes de dados, uma vez que os links são normalmente transportados em circuitos alugados através da rede de transporte TDM.

Dada a natureza inerentemente explosiva do tráfego de dados, os canais de largura de banda fixa do transporte TDM podem não ser uma solução idealmente eficiente. No entanto, essa ineficiência tem sido tradicionalmente considerada menos importante do que a confiabilidade da rede e os recursos de isolamento de congestionamento de um provedor de rede de transporte baseado em TDM.

A crescente demanda por alta largura de banda e serviços de dados diferenciados agora está desafiando esse modelo de arquitetura dupla de transporte baseado em TDM e redes de pacotes de melhor esforço. Não é econômico estender a utilidade da rede de melhor esforço provisionando largura de banda da rede e mantendo a rede levemente carregada.

Além disso, esta abordagem nem sempre pode ser alcançada ou garantida devido ao crescimento irregular da demanda e é um problema particular para o domínio de acesso à rede, que é mais sensível às restrições econômicas de instalações subutilizadas. Como resultado, em geral, os provedores de serviço de dados hoje não têm o suporte de infraestrutura de rede para fornecer garantias de serviço diferenciadas específicas ao cliente e acordos de nível de serviço correspondentes.

Rede de próxima geração

As arquiteturas de rede da próxima geração para uma evolução econômica, confiável e escalonável empregarão redes de transporte e camadas de serviço aprimoradas, trabalhando juntas de maneira complementar e interoperável. Essas redes de próxima geração aumentarão drasticamente e compartilharão ao máximo a capacidade da infraestrutura de rede de backbone e fornecerão diferenciação de serviço sofisticada para aplicativos de dados emergentes.

A rede de transporte permite que as camadas de serviço operem com mais eficácia, liberando-as das restrições da topologia física para se concentrar no desafio suficientemente grande de atender aos requisitos de serviço. Conseqüentemente, complementando os muitos aprimoramentos da camada de serviço, a rede de transporte ótico fornecerá uma camada unificada e otimizada de gerenciamento de largura de banda de alta capacidade e confiabilidade e criará as chamadas soluções de rede de dados óticos para serviços de dados de maior capacidade com qualidade garantida.

Rede de transporte óptico: uma visão prática

Visões de redes ópticas têm capturado a imaginação de pesquisadores e planejadores de redes, desde a comercialização rápida e bem-sucedida de WDM. Na visão original da rede de transporte óptico, uma rede de transporte flexível, escalável e robusta emerge, atendendo a uma variedade crescente de sinais de cliente com requisitos de serviço igualmente variados (flexibilidade, escalabilidade e capacidade de sobrevivência juntamente com taxa de bits e independência de protocolo).

A promessa de uma infraestrutura de transporte capaz de atender às crescentes demandas de largura de banda neste novo século, em que os comprimentos de onda substituem os intervalos de tempo como o meio para fornecer transferência confiável de serviços de alta largura de banda pela rede, é realmente tentadora. Mas o que é rede óptica? A resposta varia muito e, de fato, evoluiu nos últimos anos. As primeiras tentativas de redes ópticas se concentraram em uma transparência óptica e no projeto de redes opticamente transparentes em escala global.

Solução Prática

Na ausência de soluções "totalmente ópticas" viáveis, as soluções mais práticas para redes ópticas acomodam a necessidade de optoeletrônicos para apoiar a regeneração de sinal óptico e monitoramento de desempenho de sinal óptico. No que é denominado rede totalmente óptica, os sinais atravessam a rede inteiramente no domínio óptico, sem nenhuma forma de processamento optoeletrônico. Isso implica que todo o processamento do sinal - incluindo - regeneração do sinal, roteamento e intercâmbio do comprimento de onda - ocorre inteiramente no domínio óptico.

Devido às limitações da engenharia analógica (por exemplo, o fator de limitação em um sistema digital adequadamente projetado é uma precisão da conversão da forma de onda da mensagem analógica original para a forma digital) e considerando o estado-da-arte atual em tecnologia de processamento totalmente óptico , a noção de todas as redes ópticas globais ou mesmo nacionais não é atingível na prática.

Em particular, a conversão optoeletrônica pode ser necessária em elementos de rede opto para evitar o acúmulo de deficiências de transmissão - deficiências que resultam de tais fatores áreas fibra fibra dispersão cromática e não linearidades, cascata de amplificadores de ganho plano não ideais, diafonia de sinal óptico, e estreitamento do espectro de transmissão de filtros não planos em cascata. A conversão optoeletrônica também pode suportar o intercâmbio de comprimento de onda, que atualmente é um recurso desafiador de realizar em todo o domínio óptico.

Em suma, na ausência de dispositivos comercialmente disponíveis que realizam regeneração de sinal para mitigar o acúmulo de deficiência e suportar a conversão de comprimento de onda no domínio totalmente óptico, alguma medida de conversão optoeletrônica deve ser esperada em arquiteturas de rede óptica práticas de curto prazo. As arquiteturas de rede óptica resultantes podem ser caracterizadas por sub-redes opticamente transparentes (ou totalmente ópticas), delimitadas por optoeletrônicos com recursos aprimorados, conforme mostrado na figura acima.

Transparência do sinal do cliente

Além da engenharia de rede analógica, as considerações práticas continuarão a governar a realização final do OTN. O principal entre essas considerações é o desejo da operadora de rede de um alto grau de transparência do sinal do cliente dentro da futura infraestrutura de transporte.

O que significa "transparência do sinal do cliente"? Especificamente, para o conjunto desejado de sinais de cliente direcionados para transporte no OTN, mapeamentos individuais são definidos para transportar esses sinais como cargas úteis de sinais de servidor de canal óptico (OCh). Os sinais esperados no OTN incluem sinais SDH e PDH legados e tráfego baseado em pacotes, como Protocolo de Internet (IP), ATM, GbE e Ssimple Ddata Llink (SDL). Uma vez que um sinal de cliente foi mapeado em seu sinal de servidor OCh no ingresso do OTN, um operador implantando tal rede não precisa ter conhecimento detalhado (ou acesso) ao sinal de cliente, até que seja desmapeado na saída da rede.

Os pontos de entrada e saída da rede óptica devem delimitar o domínio da transparência do sinal do cliente OTN. Portanto, o fator mais importante na realização da transparência do sinal do cliente é eliminar todos os equipamentos e processamento específicos do cliente entre os pontos de entrada e saída OTN. Felizmente, é mais fácil aceitar equipamentos dependentes do cliente na entrada / saída, uma vez que geralmente são dedicados por serviço.

Rede de transporte óptico via digital wrappers

O uso difundido da tecnologia DWDM apresentou aos provedores de serviços um novo desafio: como gerenciar de maneira econômica o número crescente de comprimentos de onda para fornecer serviços rápidos e confiáveis ​​a seus clientes finais. Para gerenciar efetivamente o comprimento de onda ou OChs, é necessário que as redes ópticas suportem funções por comprimento de onda ou operações, administração e manutenção (OAM) em nível de OCh.

ITU (T) Rec. G872 define algumas funcionalidades para OAM de nível OCh implementado na forma de overheads sem especificar como esse overhead deve ser carregado. Até agora, a única maneira viável de suportar a regeneração de sinal e monitorar, analisar e gerenciar OChs (comprimentos de onda) era contar com sinais SDH e equipamentos em toda a rede. Isso requer que os sinais em cada um dos comprimentos de onda no sistema WDM sejam formatados em SDH.

Um canal óptico (comprimento de onda)

Aproveitando os pontos de regeneração optoeletrônicos existentes em sistemas DWDM, a noção de usar a tecnologia digital wrapper fornecerá funcionalidade e confiabilidade semelhantes ao SDH, mas para qualquer sinal de cliente, trazendo-nos um passo mais perto de realizar a visão original da rede de transporte óptico .

A tecnologia digital wrapper fornece as funções de gerenciamento de rede descritas em ITU (T) Rec. G.872 para habilitar OTNs. Isso inclui monitoramento de desempenho de camada óptica, correção Fforward Eerror C (FEC) e proteção de anel e restauração de rede por comprimento de onda, tudo independente do formato do sinal de entrada, conforme mostrado na figura a seguir.

A noção de usar um wrapper digital (ou TDM) por "ao redor" do cliente OCh para suportar sobrecarga OCh associada ao canal foi proposta recentemente e, de fato, foi adotada como base para a definição de OCh. Este esquema aproveitará a necessidade de regeneração de OCh para adicionar capacidade adicional ao cliente OCh. Obviamente, uma vez que temos um meio de adicionar overhead ao sinal do cliente OCh digitalmente, faz sentido usar isso para dar suporte a todos os requisitos de OAM de nível OCh.

Em particular, o overhead adicionado digitalmente torna quase trivial resolver o principal problema de monitoramento de desempenho do OTN, a saber, fornecer acesso ao Bbit Eerror Rrate (BER) de uma maneira independente do cliente. BAnd opcionalmente usando FEC, o método de envoltório digital pode aumentar significativamente o desempenho de BER do sinal do cliente, minimizando ainda mais a necessidade de conversão optoeletrônica.

Um método para melhorar o desempenho da rede de transporte é por meio do uso do FEC, que atualmente é fornecido em alguns equipamentos. Conseqüentemente, um benefício adicional da técnica de envoltório digital é a capacidade de, opcionalmente, oferecer suporte a FEC para aprimoramento de margem do sistema.

Estrutura do Quadro OCh

Em termos funcionais, a carga útil OCh e OAM devem ser separáveis ​​do mecanismo FEC. Isso permite transportar a carga útil e o OAM de ponta a ponta pela rede, enquanto usa diferentes esquemas FEC em diferentes links. Um exemplo óbvio de onde isso pode ocorrer é entre links submarinos e terrestres. No primeiro caso, novos códigos FEC estão sob investigação para a próxima geração de sistemas.

A figura a seguir A figura abaixo ilustra a estrutura de quadro básica proposta do OCh e os tipos de funções que podem ser transportadas na estrutura de quadro OCh. Embora possa ser argumentado que esta proposta é inconsistente com os objetivos de longo prazo de todas as redes ópticas, não devemos esperar que a necessidade de regeneração desapareça.

A distância entre os pontos de regeneração continuará a aumentar; no entanto, a necessidade de regeneração nos pontos de transferência de sinal permanecerá. Juntamente com o uso do Ooptical Ssupervisory Cchannel (OSC) para gerenciar OChs em sub-redes opticamente transparentes, os envoltórios digitais darão suporte ao gerenciamento ponta a ponta de OChs (comprimento de onda) em OTNs nacionais ou globais.

A regeneração 3R (Remodelagem, Retiming e Regeneração) é fornecida por meio de conversão ótico-elétrica e vice-versa, e a proposta de envoltório digital tira vantagem disso. A imagem mudaria caso a regeneração 3R totalmente óptica se tornasse disponível? Se a regeneração totalmente ótica for capaz de adicionar sobrecarga, o argumento não será alterado; apenas a implementação do regenerador mudaria.

Se os regeneradores ópticos não puderem adicionar sobrecarga, a necessidade de sobrecarga de OChs não desaparecerá. ; Os regeneradores ópticos então simplesmente aumentariam a distância potencial entre os pontos de regeneração optoeletrônicos, e o envoltório digital passaria de forma transparente por eles. As implicações do uso de wrappers digitais na evolução das redes de transporte óptico podem ser profundas, especialmente quando consideradas no contexto das tendências das redes de dados.

Opções de pilha de protocolo

O protocolo IP é claramente a camada de convergência nas redes de comunicação de dados atuais e é previsível que ele expanda essa função para redes multisserviço nos próximos anos. O IP pode ser transportado por uma ampla variedade de protocolos da camada de enlace de dados e infraestruturas de rede subjacentes. Figura a seguir A figura abaixo mostra algumas das possíveis pilhas de protocolo, ou mapeamentos, de IP em uma infraestrutura de rede WDM.

O que é IP sobre WDM?

As pilhas de protocolo rotuladas a, b e d na seguinte figura acima são as mais comumente implantadas hoje. Eles usam o mapeamento clássico IP sobre ATM sobre SDH, conforme mostrado na Fig (a) ;. pacote sobre SDH (POS) como mostrado na Fig. (b); ou o IP clássico e bem estendido sobre Ethernet, conforme mostrado na Fig. (d). Os casos (e) e (f) usam Simple Data Link (SDL), uma nova camada de enlace de dados recentemente proposta como alternativa ao PDV. A pilha de protocolos rotulada (c) é uma alternativa ao caso (a), onde a camada SDH intermediária é eliminada e um mapeamento direto de células ATM em WDM é realizado.

Essas diferentes pilhas de protocolo fornecem funcionalidades diferentes, em termos de sobrecarga de largura de banda, escalabilidade de taxa, gerenciamento de tráfego e QOS. Afirmar que qualquer mapeamento particular representa IP sobre WDM é extremamente falso.

Essa diversidade de protocolos da camada de enlace de dados e mapeamentos de IP em diferentes infraestruturas de rede subjacentes é um dos principais pontos fortes do IP e é uma característica que não desaparecerá. Ao contrário, é bem possível que um mapeamento de protocolo novo, inovador e mais eficiente seja proposto para o transporte de pacotes IP. Esse já é o caso para redes de baixa largura de banda e baixa confiabilidade, e também será para redes ópticas de alta largura de banda e altamente confiáveis. Essa visão também se encaixa na visão de "tudo em IP e IP em tudo".

O IP sobre WDM, conforme definido hoje, impõe uma visão restritiva dos recursos que as redes de dados e redes ópticas podem fornecer. As restrições, introduzidas por uma única pilha de protocolo e não pelo uso completo dos recursos de rede na camada óptica, são muito restritivas para alguns aplicativos de rede.

As tendências de rede mencionadas acima requerem uma plataforma de rede óptica que pode suportar uma variedade de pilhas de protocolo, arquiteturas de rede e opções de proteção e restauração de uma forma independente do sinal do cliente. A opção de POS sobre WDM ponto a ponto é melhor para alguns dos aplicativos de rede em redes de dados de alta velocidade, mas certamente não para todos. Além disso, a plataforma óptica selecionada para implementar e implantar essas redes de dados futuras deve garantir que novos mapeamentos de pilha de protocolo inesperados possam ser facilmente acomodados e possam receber os mesmos recursos de rede da rede de camada óptica sem a necessidade de uma conversão de protocolo intermediária.

A rede ótica de dados é uma abordagem alternativa que não tenta reduzir a heterogeneidade das pilhas de protocolos e arquiteturas de rede, mas sim explora a heterogeneidade para fornecer soluções de rede personalizadas para cada aplicativo específico e segmento de provedor de rede. A rede óptica de dados combina recursos de rede nas camadas de serviço e transporte.

Componente principal da rede de dados ópticos

A diversidade de pilhas de protocolo, refletida na multiplicidade de tipos de sinais de cliente a serem suportados no OTN, é acomodada pelo uso de wrappers digitais. O uso de recursos de rede ótica verdadeiros oferece flexibilidade e robustez adicionais por meio de roteamento OCh, monitoramento de falha e desempenho, proteção e restauração, todos realizados de maneira seletiva por OCh. Todos esses elementos combinados resultam em uma solução de rede poderosa e flexível, preparada para o futuro e aberta a qualquer visão particular dos provedores de serviços de dados.

Esta tecnologia é econômica e mais flexível para a atualização da capacidade do canal, adição / remoção de canais, reencaminhamento e distribuição de tráfego, suportando todos os tipos de topologia de rede e sistemas de proteção e sincronização. A seguir estão os principais componentes -

• TP (Transponder)
• VOA (atenuador óptico variável)
• MUX (Multiplexer)
• DEMUX (De-multiplexer)
• BA (amplificador de reforço)
• Linha (mídia OFC)
• LA (amplificador de linha)
• PA (pré-amplificador)
• OSC (Canal de Supervisão Ótica)

Transponder

Esta unidade é uma interface entre o sinal óptico de pulso largo STM-n e os equipamentos MUX / DEMUX. Este sinal óptico pode ser co-localizado ou proveniente de diferentes meios físicos, diferentes protocolos e tipos de tráfego. Ele converte o sinal de pulso largo em um comprimento de onda estreito (ponto ou freqüência colorida) da ordem do nanômetro (nm) com espaçamento de 1,6 nm; enviando para MUX.

Na direção reversa, a saída colorida do DEMUX é convertida em um sinal óptico de pulso amplo. O nível de potência de saída é de +1 a –3 dBm em ambas as direções. A conversão é ótica para elétrica e elétrica para ótica (O para E e E para O) no método 2R ou 3R.

Em 2R, regeneração e remodelagem são feitas, enquanto em 3R, regeneração, remodelagem e redefinição de tempo são realizadas. TP pode ser a cor do comprimento de onda e a taxa de bits dependente ou ajustável para ambos (caro e não usado). No entanto, em 2R, qualquer taxa de bits, PDH, STM-4 ou STM-16 pode ser a taxa de canal. A unidade tem uma limitação com a sensibilidade do receptor e ponto de sobrecarga.

Embora o estágio elétrico intermediário seja inacessível, bytes de overhead de STN-n são utilizados para fins de supervisão. Esta unidade também oferece suporte à operação de segurança óptica (ALS) sobre a recomendação G.957 do ITU-T.

Atenuador óptico variável (VOA)

Esta é uma rede passiva como a pré-ênfase necessária para ajustar a distribuição uniforme do nível do sinal na banda EDFA, de modo que a potência de saída óptica do canal individual da unidade Mux permaneça a mesma, independentemente do número de canais carregados no sistema.

O atenuador óptico é semelhante a um potenciômetro ou circuito simples usado para reduzir o nível do sinal. O atenuador é usado sempre que o teste de desempenho deve ser executado, por exemplo, para ver como o erro de bit é afetado pela variação do nível do sinal no link. Uma maneira é ter uma configuração mecânica precisa na qual o sinal óptico passa por uma placa de vidro com diferentes níveis de escuridão e depois volta para a fibra óptica, como mostrado na figura.

A placa de vidro tem densidade de cinza variando de 0% em uma extremidade a 100% na outra extremidade. Conforme a placa é movida através da lacuna, mais ou menos energia da luz é permitida para passar. Este tipo de atenuador é muito preciso e pode lidar com qualquer comprimento de onda de luz (já que a placa atenua qualquer energia de luz na mesma quantidade, independentemente do comprimento de onda), mas é mecanicamente caro.

Multiplexador (MUX) e Demultiplexador (De-MUX)

Como os sistemas DWDM enviam sinais de várias estações por uma única fibra, eles devem incluir alguns meios para combinar os sinais de entrada. Isso é feito com a ajuda de um multiplexador, que pega comprimentos de onda óticos de várias fibras e os converge em um feixe. Na extremidade receptora, o sistema deve ser capaz de separar os comprimentos de onda transmitidos do feixe de luz para que possam ser detectados discretamente.

Os desmultiplexadores executam essa função separando o feixe recebido em seus componentes de comprimento de onda e acoplando-os em fibras individuais.

Multiplexadores e demultiplexadores podem ser passivos ou ativos em design. O design passivo usa prisma, grades de difração ou filtros, enquanto o design ativo combina dispositivos passivos com filtros ajustáveis.

Os principais desafios nesses dispositivos são minimizar a diafonia e maximizar a separação de canais (a diferença de comprimento de onda entre dois canais adjacentes). A linha cruzada é uma medida de quão bem os canais estão separados, enquanto a separação de canais se refere à capacidade de distinguir cada comprimento de onda.

Tipos de Multiplexador / Demultiplexador

Tipo de prisma

Uma forma simples de multiplexação ou demultiplexação de comprimentos de onda pode ser feita usando um prisma.

Um feixe paralelo de luz policromática incide na superfície do prisma e cada comprimento de onda componente é refratado de forma diferente. Isto é orainbow effect. Na luz de saída, cada comprimento de onda é separado do próximo por um ângulo. Uma lente então focaliza cada comprimento de onda até o ponto em que precisa entrar na fibra. Os componentes podem ser usados ​​ao contrário para multiplexar diferentes comprimentos de onda em uma fibra.

Tipo de grade de difração

Outra tecnologia é baseada no princípio da difração e da interferência óptica. Quando uma fonte de luz policromática colide com a rede de difração, cada comprimento de onda é difratado em um ângulo diferente e, portanto, em um ponto diferente no espaço. Usando uma lente, esses comprimentos de onda podem ser focalizados em fibras individuais, conforme mostrado na figura a seguir.Bragg grating, é um componente passivo simples, que pode ser usado como espelhos seletivos de comprimento de onda e é amplamente usado para adicionar e descartar canais em sistemas DWDM.

As grades de Braggs são feitas usando um feixe de laser ultravioleta para iluminar o núcleo de uma fibra monomodo através de uma máscara de fase. A fibra é dopada com fósforo, germânio ou boro para torná-la fotossensível. Depois que a luz passa pela máscara, um padrão de franja é produzido, que é “impresso” na fibra. Isso cria uma modulação periódica permanente do índice de refração do núcleo de fibra de vidro. A grade acabada reflete a luz no comprimento de onda de Bragg (igual a duas vezes o espaçamento óptico entre as regiões de alto e baixo índice) e transmite todos os outros comprimentos de onda.

Grade de Bragg ajustável

Uma grade de fibra de Bragg pode ser colada a um elemento piezoelétrico. Ao aplicar uma voltagem ao elemento, o elemento estica de modo que a grade é esticada e o comprimento de onda de Bragg muda para um comprimento de onda mais longo. Os dispositivos atuais podem fornecer uma faixa de sintonia de 2 nm para uma entrada de 150v.

Arrayed Waveguide Grating

Arrayed Waveguide Gratings (AWG) também são baseadas em princípios de difração. Um dispositivo AWG, às vezes chamado de roteador de guia de onda óptico ou roteador de grade de guia de onda, consiste em uma matriz de guia de onda de canal curvo com uma diferença fixa no comprimento do caminho entre os canais adjacentes. Os guias de ondas são conectados a cavidades na entrada e na saída.

Multiplexador óptico

Quando a luz entra na cavidade de entrada, ela é difratada e entra na matriz do guia de onda. Assim, a diferença de comprimento óptico de cada guia de onda introduz atrasos de fase na cavidade de saída, onde uma matriz de fibras é acoplada. O processo resulta em diferentes comprimentos de onda com interferência máxima em diferentes locais, que correspondem às portas de saída.

Filtros de interferência multicamadas

Uma tecnologia diferente usa filtros de interferência em dispositivos chamados filtros de película fina ou filtros de interferência multicamadas. Ao posicionar os filtros, que consistem em filmes finos no caminho óptico, o comprimento de onda pode ser demultiplexado. A propriedade de cada filtro é que ele transmite um comprimento de onda, enquanto reflete outros. Ao colocar esses dispositivos em cascata, muitos comprimentos de onda podem ser demultiplexados.

Os filtros oferecem boa estabilidade e isolamento entre canais a um custo moderado, mas com uma alta perda de inserção (os AWGs exibem uma resposta espectral plana e baixa perda de inserção). A principal desvantagem do filtro é que eles são sensíveis à temperatura e podem não ser usados ​​praticamente em todos os ambientes. No entanto, sua grande vantagem é que eles podem ser projetados para executar operações de multiplexação e demultiplexação simultaneamente.

Tipo de acoplamento do OM

O acoplamento OM é uma superfície interativa com duas ou mais fibras soldadas entre si. Geralmente, ele é usado para o OM e seus princípios de funcionamento são ilustrados na figura a seguir.

O acoplamento OM só pode realizar a função de multiplexação com baixo custo de fabricação. Sua deficiência é a alta perda de inserção. Atualmente, o OM utilizado nos equipamentos DWDM da ZTWE emprega o acoplamento OM. O OD adota os componentes AWG.

Amplificadores de reforço (amplificadores ópticos)

Devido à atenuação, há limites para quanto tempo um segmento de fibra pode propagar um sinal com integridade, antes que ele precise ser regenerado. Antes da chegada dos amplificadores ópticos (OAs), deveria haver um repetidor para cada sinal transmitido. O OA tornou possível amplificar todos os comprimentos de onda de uma vez e sem conversão Ótico-Elétrico-Ótico (OEO). Além de serem usados ​​em links óticos (como repetidores), os amplificadores óticos também podem ser usados ​​para aumentar a potência do sinal após a multiplexação ou antes da demultiplexação.

Tipos de amplificadores ópticos

Em todas as rotas ópticas, os amplificadores ópticos foram usados ​​como repetidores em modo simplex. Uma fibra foi usada no caminho de envio e a segunda fibra foi usada no caminho de retorno. Os mais recentes amplificadores ópticos irão operar em duas direções ao mesmo tempo. Podemos até usar o mesmo comprimento de onda em duas direções, desde que sejam empregadas duas taxas de bits diferentes. Uma única fibra pode, portanto, ser usada para operação duplex.

Os amplificadores ópticos também devem ter largura de banda suficiente para passar uma faixa de sinais operando em diferentes comprimentos de onda. Por exemplo, um SLA com largura de banda espectral de, digamos, 40 nm, pode lidar com cerca de dez sinais ópticos.

No sistema de 565 mb / s, para link óptico de 500 kms, são necessários cinco amplificadores ópticos SLA, espaçados em um intervalo de 83 kms. Cada amplificador fornece um ganho de cerca de 12 dB, mas também introduz ruído ao sistema (BER de 10-9.)

Os amplificadores SLA têm as seguintes desvantagens -

• Sensível a mudanças de temperatura
• Sensível a mudanças de tensão de alimentação
• Sensível a vibrações mecânicas
• Unreliable
• Propenso a crosstalk

Amplificador de fibra dopada com érbio (EDFA)

Em sistemas DWDM, EDFAs são usados. Erbium é um elemento de terra rara que, quando excitado, emite luz em torno de 1,54 micrômetros, que é o comprimento de onda de baixa perda para fibras ópticas usadas em DWDM. Um sinal fraco entra na fibra dopada com érbio, na qual a luz em 980 nm ou 1480 nm é injetada usando uma bomba de laser.

Essa luz injetada estimula os átomos de érbio a liberar sua energia armazenada como luz adicional de 1550 nm. O sinal fica mais forte. As emissões espontâneas nos EDFAs também adicionam a figura de ruído de um EDFA. EDFAs têm uma largura de banda típica de 100 nm e são necessários em um intervalo de 80-120 kms ao longo da rota óptica.

EDFA também sofre de um efeito chamado four-wave-mixingdevido à interação não linear entre os canais adjacentes. Conseqüentemente, aumentar a potência do amplificador para aumentar a distância entre os repetidores leva a mais diafonia.

Amplificador Raman

O uso de amplificadores SLA e EDFA em WDM é limitado conforme já descrito e, os modernos sistemas WDM estão se voltando para a Amplificação Raman, que possui uma largura de banda de cerca de 300 nm. Aqui, o laser da bomba está na extremidade receptora da fibra. A diafonia e o ruído são bastante reduzidos. No entanto, a amplificação Raman requer o uso de um laser de alta bomba.

A dispersão na fibra realmente ajuda a minimizar o efeito de “mistura de quatro ondas”. Infelizmente, os primeiros links ópticos freqüentemente usavam fibra de dispersão zero em um esforço para minimizar a dispersão em longas distâncias, quando essas mesmas fibras são atualizadas para transportar sinais WDM; eles não são o meio ideal para sinais ópticos de banda larga.

Fibras de modo mono especiais estão sendo desenvolvidas para uso em WDM. Estes têm segmentos alternados de fibras de dispersão positiva e negativa, portanto, a dispersão total soma zero. Os segmentos individuais, entretanto, fornecem dispersão para evitar a mistura de quatro ondas.

Amplificadores de linha

É um amplificador EDFA de dois estágios que consiste em um Pré-amplificador (PA) e um Amplificador Booster (BA). Sem os dois estágios, não é possível amplificar o sinal até 33 dB pelo princípio do EDFA (para evitar o ruído gerado pela emissão espontânea). O amplificador de linha (LA) compensa a perda de linha de 22 dB ou 33 dB para sistemas de longa e muito longa distância, respectivamente. É inteiramente um dispositivo de palco óptico.

Line (OFC) Media

Este é o meio de fibra óptica sobre o qual os sinais DWDM viajam. Atenuação e dispersão são os principais fatores de limitação que determinam a distância de transmissão, capacidade de taxa de bits, etc. Normalmente, 22dB e 33dB são considerados como perda de linha para comprimento de salto de sistemas de longa distância e muito longa distância, respectivamente.

O comprimento de onda da linha de longo curso pode ser de 120 km sem repetidor (LA). No entanto, com um número de repetidores em cascata, o comprimento pode ser de até 600 kms, que pode ainda ser aumentado até 1200 kms usando o módulo de compensação de dispersão. Após tal distância, ele precisa ser regenerado no estágio elétrico ao invés do repetidor somente no estágio ótico.

Pré-amplificador (PA)

Este amplificador sozinho é usado no terminal para fazer a interface do DEMUX e da linha para receber o sinal vindo da estação distante. Portanto, o sinal de linha atenuado é amplificado para um nível de +3 dBm a 10 dBm antes de entrar na unidade DEMUX.

Canal de supervisão óptica

A função de transmissão de dados adicionais (2 mbps: EOW, dados específicos do usuário etc. via interface) em um comprimento de onda separado (1480 nm de acordo com a recomendação G-692 da ITU-T) de nível óptico inferior sem qualquer dispositivo de segurança óptica, acompanhado de e independente do sinal de tráfego ótico STM-n principal, é executado pelo OSC. EOW (0,3 a 3,4 KHz) para canal seletivo e omnibus é de 64 kbps no código PCM de 8 bits.

O Optical Supervisory Channel (OSC) ajuda a controlar e monitorar os dispositivos de linha óptica, bem como o gerenciamento de localização de falha, configuração, desempenho e segurança realizado usando LCT.

Neste capítulo, discutiremos os vários componentes dos dispositivos ópticos.

Isolador

O isolador é um dispositivo não recíproco que permite que a luz passe ao longo de uma fibra em uma direção e oferece uma atenuação muito alta na direção oposta. Os isoladores são necessários no sistema óptico para evitar reflexos indesejados, voltando para uma fibra e interrompendo a operação de um laser (produzindo ruído). Na fabricação de isoladores “Faradays Effect”É usado, que depende da polarização.

Os isoladores são construídos usando polarizadores ópticos, analisadores e rotador Farday. O sinal óptico passa pelo polarizador, orientado paralelamente ao estado de polarização de entrada. Hoje em dia o rotador irá girar a polarização do sinal óptico em 45 graus.

O sinal então passa pelo analisador, que é orientado a 45 graus em relação ao polarizador de entrada. O isolador passa um sinal óptico da esquerda para a direita e muda sua polarização em 45 graus e produz cerca de 2 dB de perda.

Circulator

Circuladores são dispositivos micro-ópticos e podem ser usados ​​com qualquer número de portas, no entanto, normalmente são usados ​​circuladores de 3 portas / 4 portas. Ele tem uma perda relativamente baixa de 0,5 dB a 1,5 dB porta a porta.

A função básica de um circulador é mostrada na figura acima. A luz que entra em qualquer porta específica (digamos, porta 1) viaja ao redor do circulador e sai na próxima porta (digamos, porta 2). A luz que entra na porta 2 sai pela porta 3 e assim por diante. O dispositivo é simétrico em operação em torno de um círculo. Os circuladores são dispositivos micro-ópticos e podem ser feitos com qualquer número de portas. No entanto, circuladores de 3 e 4 portas são muito comuns. Circuladores têm perdas muito baixas. A perda típica de porta a porta é de cerca de 0,5 a 1,5 db.

Divisores e acopladores

Acopladores e divisores são usados ​​para combinar sinais ópticos e / ou dividir os sinais ópticos. A grande maioria dos acopladores ópticos monomodo emprega o princípio do acoplamento ressonante. Dois núcleos de fibra SM são colocados paralelos e próximos um do outro. A energia óptica é transferida de um núcleo para outro e vice-versa por indução de ondas eletromagnéticas. O acoplamento de potência depende do comprimento da seção de acoplamento.

Três características importantes são -

• Return Loss - A quantidade de energia refletida e perdida.

• Insertion Loss - A quantidade de sinal perdida no trânsito total por um dispositivo.

• Excess Loss - Perda adicional de um dispositivo acima da perda teórica.

Tipos de acopladores

• Acopladores Y
• Acopladores estrela
  • Fibra fundida
  • Placa de mistura
  • Planar (espaço livre)
  • Acoplador de 3 dB
• Divisor de feixe

Filtros

Filtros são usados ​​para selecionar o sinal no caminho trans e receptor de muitos sinais. As grades são filtros. Switches, moduladores, AWGs, multiplexadores, etc. são considerados como tipos de filtros.

A seguir estão os tipos de filtros -

• Fabry-Perot
• Filtro ajustável
• Filtro de grade Bragg em fibra

Filtros são usados ​​na frente de um LED para estreitar a largura da linha antes da transmissão. Os filtros serão muito úteis em redes WDM para -

• Um filtro colocado na frente de um receptor incoerente pode ser usado para selecionar um determinado sinal de muitos sinais de chegada.

• São propostas redes WDM que usam filtros para controlar qual caminho através de uma rede um sinal tomará.

As redes de fibra de Bragg são o filtro óptico mais importante no mundo das comunicações.

Moduladores

Os moduladores são compostos por um material que muda suas propriedades ópticas sob a influência de um campo elétrico ou magnético. Em geral, três abordagens são usadas -

• Efeitos eletro-ópticos e magneto-ópticos
• Efeitos de eletro-absorção
• Moduladores acústicos

Devido às vibrações mecânicas Ref. Índice de mudanças materiais. Os moduladores acústicos usam som de frequência muito alta. Ao controlar a intensidade do som, podemos controlar a quantidade de luz desviada e, portanto, construir um modulador.

A seguir estão algumas de suas vantagens -

• Eles podem lidar com uma potência bastante elevada.

• A quantidade de luz refratada é linearmente proporcional à intensidade das ondas sonoras.

• Eles podem modular diferentes comprimentos de onda ao mesmo tempo.

ADM óptico

Um filtro óptico é usado para isolar ou descartar o comprimento de onda desejado de vários comprimentos de onda que chegam em uma fibra. Uma vez que um comprimento de onda é eliminado, outro canal empregando o mesmo comprimento de onda pode ser adicionado ou inserido na fibra, conforme ela sai do OADM.

Um ADM simples tem apenas 4 canais de entrada e saída, cada um com quatro comprimentos de onda. No OADM, os comprimentos de onda podem ser amplificados, equalizados ou processados ​​posteriormente. OADM organiza os comprimentos de onda da fibra de entrada para a fibra de saída usando conexão cruzada óptica.

Optical Cross-Connect

Uma conexão x óptica pode receber quatro fibras de entrada, cada uma carregando quatro comprimentos de onda, e reorganizar os 16 comprimentos de onda nas quatro fibras de saída. Um transponder simples dentro do OXC irá embaralhar um dos comprimentos de onda para um canal disponível.

O tráfego de telecomunicações continua crescendo em um ritmo muito rápido. Isso é acelerado pelo crescente volume de tráfego de dados e móveis, especialmente na Índia, por meio da recente liberalização do mercado de telecomunicações. Uma solução pode ser adotada para atender aos crescentes requisitos de tráfego com base em uma combinação de tecnologias de transporte WDM, SDH e IP.

A multiplexação por divisão de comprimento de onda é usada para multiplexar vários canais de comprimento de onda em um único fio de fibra, superando assim o congestionamento da fibra. A tecnologia SDH oferece a granularidade de capacidade que os clientes exigem hoje e oferece a possibilidade de proteger esses serviços contra interrupções na rede. Uma rede de transporte IP sobre WDM pode oferecer serviços de trânsito de Internet de alta capacidade para Provedores de Serviços de Internet (ISPs).

Hierarquia digital síncrona

As redes Synchronous Digital Hierarchy (SDH) substituíram o PDH e têm várias vantagens importantes.

• As recomendações G.707, G.708 e G.709 ITU fornecem a base para a rede global.

• As redes se beneficiam da resiliência do tráfego para minimizar a perda de tráfego no caso de quebra de fibra ou falha de equipamento.

• A tecnologia de monitoramento integrada permite a configuração remota e a solução de problemas da rede.

• A tecnologia flexível permite o acesso a tributários em qualquer nível.

• A tecnologia preparada para o futuro permite taxas de bits mais rápidas à medida que a tecnologia avança.

As redes PDH europeias não podem fazer interface com as redes dos EUA, as redes SDH podem transportar os dois tipos. A figura acima mostra como as diferentes redes PDH se comparam e quais sinais podem ser transportados pela rede SDH.

SDH - Topologias de Rede

Um sistema de linha é o sistema para a topologia de rede PDH. O tráfego é adicionado e descartado apenas nos pontos de extremidade da rede. Os nós terminais são usados ​​no final da rede para adicionar e eliminar o tráfego.

Sistema de Linha

Em qualquer rede SDH, é possível usar um nó conhecido como regenerator. Este nó recebe o sinal SDH de alta ordem e o retransmite. Nenhum acesso de tráfego de ordem inferior é possível a partir de um regenerador e eles são usados ​​apenas para cobrir longas distâncias entre sites, onde a distância significa que a energia recebida seria muito baixa para transportar o tráfego.

Sistema de Anel

Um sistema de anel consiste em vários add / drop muxes (ADMs) conectados em uma configuração de anel. O tráfego pode ser acessado em qualquer ADM ao redor do anel e também é possível que o tráfego seja descartado em vários nós para fins de broadcast. A rede em anel tem o benefício de oferecer resiliência ao tráfego, caso haja quebra de fibra, o tráfego não será perdido. A resiliência da rede é discutida em detalhes em um capítulo subsequente.

Sincronização de rede SDH

Enquanto as redes PDH não eram sincronizadas centralmente, as redes SDH o são (daí o nome hierarquia digital síncrona). Em algum lugar da rede da operadora haverá uma fonte de referência primária. Essa fonte é distribuída pela rede pela rede SDH ou por uma rede de sincronização separada.

Cada nó pode mudar para fontes de backup, se a fonte principal ficar indisponível. Vários níveis de qualidade são definidos e o nó mudará a próxima fonte de melhor qualidade que puder encontrar. Nos casos em que o nó usa a temporização da linha de entrada, o byte S1 na sobrecarga da MS é usado para denotar a qualidade da fonte.

A fonte de qualidade mais baixa disponível para um nó geralmente é seu oscilador interno. No caso em que um nó muda para sua própria fonte de relógio interno, isso deve ser corrigido o mais rápido possível, pois o nó pode começar a gerar erros ao longo do tempo.

É importante que a estratégia de sincronização de uma rede seja planejada cuidadosamente. Se todos os nós de uma rede tentarem sincronizar fora de seu vizinho do mesmo lado, você obterá um efeito chamado detiming loop, conforme mostrado na figura acima. Esta rede começará a gerar erros rapidamente à medida que cada nó tenta se sincronizar entre si.

Hierarquia SDH

A figura a seguir mostra como a carga útil é construída e não é tão assustadora quanto parece à primeira vista.

WDM é uma tecnologia que permite que vários sinais ópticos sejam transmitidos por uma única fibra. Seu princípio é essencialmente o mesmo da Multiplexação por Divisão de Frequência (FDM). Ou seja, vários sinais são transmitidos usando diferentes portadoras, ocupando partes não sobrepostas de um espectro de frequência. No caso do WDM, a banda do espectro utilizada está na região de 1300 ou 1550 nm, que são duas janelas de comprimento de onda nas quais as fibras ópticas apresentam perda de sinal muito baixa.

Inicialmente, cada janela foi usada para transmitir um único sinal digital. Com o avanço dos componentes ópticos, como lasers de realimentação distribuída (DFB), amplificadores de fibra dopados com Érbio (EDFAs) e fotodetectores, logo percebeu-se que cada janela de transmissão poderia de fato ser usada por vários sinais ópticos, cada um ocupando uma pequena tração da janela de comprimento de onda total disponível.

Na verdade, o número de sinais ópticos multiplexados em uma janela é limitado apenas pela precisão desses componentes. Com a tecnologia atual, mais de 100 canais ópticos podem ser multiplexados em uma única fibra. A tecnologia foi então denominada Dense WDM (DWDM).

WDM no longo prazo

Em 1995, as operadoras de longa distância nos Estados Unidos começaram a implantar sistemas de transmissão WDM ponto a ponto para atualizar a capacidade de suas redes e, ao mesmo tempo, alavancar suas infraestruturas de fibra existentes. Desde então, a WDM também conquistou o mercado de longa distância. A tecnologia WDM permite lidar com os requisitos de capacidade cada vez maiores, enquanto adia o esgotamento da fibra e aumenta a flexibilidade para atualização de capacidade.

O driver mais prevalente, no entanto, é a vantagem de custo da solução WDM em comparação com soluções concorrentes, como Multiplexação por Divisão Espacial (SDM) ou Multiplexação por Divisão de Tempo (TDM) aprimorada para atualizar a capacidade da rede. A solução WDM "aberta", ilustrada na figura a seguir, usa transponders em multiplexadores de terminal WDM (TMs) e amplificadores ópticos em linha que são compartilhados por vários canais de comprimento de onda.

O transponder é, em essência, um conversor optoeletro-óptico 3R (O / E / O), que converte um sinal óptico compatível com o padrão G.957 em um canal de comprimento de onda apropriado (e vice-versa), enquanto repowering, remodelar e retiming o sinal eletricamente . A solução SDM usa vários pares de fibras em paralelo, cada um equipado com regeneradores SDH em vez de vários comprimentos de onda compartilhando o mesmo amplificador óptico em linha. Atualizar para taxas de TDM mais altas (por exemplo, de 2,5 Gb / s STM-16 para 10 Gb / s STM-64) é apenas uma solução de curta duração, uma vez que deficiências de transmissão, como dispersão, não escalam bem com taxas crescentes de TDM, especialmente no padrão fibra monomodo.

Um estudo de caso demonstrou que os sistemas WDM ponto a ponto de longa distância são claramente uma solução mais econômica do que o SDM, mesmo para apenas três canais de STM-16. A figura acima ilustra duas comparações de custo de link para o núcleo inicial de uma rede de transporte consistindo de 5000 km de fibra com uma distância média de 300 km entre duas cidades de acesso. Observe que o ponto de referência de custo de 100 por cento na figura acima corresponde ao custo de implantação de um canal STM-16, incluindo o custo da fibra. Duas conclusões podem ser derivadas da figura acima.

Conforme mostrado na figura a seguir, se apenas os custos de equipamento de transmissão e regeneração forem considerados (ou seja, regeneradores SDH no caso SDM e WDM TMs com transponders com amplificadores ópticos em linha no caso WDM), o custo do link inicial de usar a tecnologia WDM é mais do que o dobro do SDH. No entanto, a solução WDM é mais econômica para a implantação de três canais e mais na rede, por causa do uso compartilhado do amplificador óptico em linha.

Conforme mostrado na figura a seguir, se além da consideração acima, o custo da fibra também for considerado, a vantagem de custo do caso WDM torna-se ainda mais evidente e é ampliada com o aumento do número de canais. A solução WDM é mais econômica para a implantação de três canais e mais na rede.

WDM em curto prazo

Os regeneradores não são necessários e as deficiências ópticas têm menos impacto devido às distâncias limitadas nas redes de curta distância, portanto, os benefícios do WDM são menos claros do que os das soluções SDM ou TDM aprimoradas. No entanto, o esgotamento da fibra e os componentes ópticos de baixo custo agora estão impulsionando o WDM na área metropolitana.

O aplicativo de curta distância está relacionado à interconexão de vários Pontos de Presença (POPs) dentro da mesma cidade. Vamos considerar um exemplo. A figura a seguir mostra que a rede de transporte possui pelo menos dois POPs por cidade, onde os clientes podem se interconectar. Com técnicas de interconexão de nó duplo, como drop and continue, as redes dos clientes podem ser interconectadas com a rede de transporte por meio de dois POPs diferentes.

Isso resulta em uma arquitetura muito segura que pode sobreviver a falhas de POP sem nenhum impacto no tráfego. Assim, o fluxo de tráfego entre dois POPs em uma cidade consiste não apenas no tráfego que passa pela cidade, mas também no tráfego que termina na cidade e é protegido por Drop and Continue. Esses maiores requisitos de capacidade dentro das cidades levaram à implantação de WDM na seção de curta distância de uma rede de transporte.

A principal razão pela qual o WDM é preferido em vez do SDM é porque as fibras em uma cidade precisam ser alugadas de terceiros ou uma rede de fibra óptica precisa ser construída. Alugar ou construir fibra urbana não é apenas um processo caro, é também uma abordagem menos flexível para aumentar a capacidade. Em um ambiente dinâmico, onde as distribuições e volumes de tráfego evoluem rapidamente, a quantidade de fibra a ser alugada ou construída é difícil de prever com antecedência. Portanto, usar a tecnologia WDM tem vantagens claras de flexibilidade porque os canais de comprimento de onda podem ser ativados em um tempo muito curto.

Embora sistemas WDM específicos de curta distância estejam disponíveis no mundo, é vantajoso usar o mesmo tipo de sistema WDM para sua rede de longa distância. Embora os sistemas WDM de curta distância sejam mais baratos do que os de longa distância e, devido aos seus componentes ópticos de baixo custo, possam ser usados, eles levam a uma rede heterogênea, que não é preferida por vários motivos. Primeiro, o uso de dois sistemas diferentes leva a um aumento dos custos operacionais e de gerenciamento. Por exemplo, uma rede heterogênea requer mais peças sobressalentes do equipamento do que uma rede homogênea. Em segundo lugar, a interação entre dois sistemas diferentes pode representar problemas. Por exemplo, um gargalo pode ocorrer porque os sistemas WDM de curta distância geralmente suportam menos comprimentos de onda do que os sistemas WDM de longa distância.

Arquiteturas de rede de transporte óptico

Optical Transport Networking (OTN), conforme mostrado na figura a seguir, representa um próximo passo natural na evolução das redes de transporte. De uma perspectiva arquitetônica de alto nível, não se espera que as arquiteturas OTN sejam significativamente diferentes daquelas da SDH. No entanto, o fato de que SDH envolve engenharia de rede digital e OTN envolve engenharia de rede analógica leva a algumas distinções significativas, embora sutis. Explorar essas distinções nos leva a uma compreensão dos aspectos da OTN que provavelmente diferem de suas contrapartes SDH.

As arquiteturas WDM OTN em evolução (incluindo topologias de rede e esquemas de sobrevivência) serão muito semelhantes - se não espelhadas - às das redes SDH TDM. Isso deve ser surpreendente, no entanto, uma vez que tanto SDH quanto OTN são redes multiplexadas orientadas à conexão. As principais diferenças derivam da forma da tecnologia de multiplexação: TDM digital para SDH vs WDM analógico para OTN.

A distinção entre digital e analógico tem um efeito profundo nas compensações fundamentais de custo / desempenho em muitos aspectos da rede OTN e do projeto do sistema. Em particular, as complexidades associadas às implicações de engenharia e manutenção de rede analógica são responsáveis ​​pela maioria dos desafios associados à OTN.

Para satisfazer a necessidade de curto prazo de ganho de capacidade, os sistemas de linha ponto a ponto WDM continuarão a ser implantados em grande escala. Conforme o número de comprimentos de onda e a distância entre os terminais aumentam, há uma necessidade crescente de adicionar e / ou eliminar comprimentos de onda em locais intermediários. Conseqüentemente, os ADMs ópticos reconfiguráveis ​​flexíveis (OADMs) se tornarão elementos integrantes das redes WDM.

À medida que mais comprimentos de onda são implantados em redes de portadoras, haverá uma necessidade maior de gerenciar a capacidade e os sinais de transferência entre as redes no nível do canal óptico. Da mesma forma, DXCs surgiram para gerenciar a capacidade na camada elétrica, Optical Cross-Connects (OXCs) surgirão para gerenciar a capacidade na camada óptica.

Inicialmente, a necessidade de gerenciamento de largura de banda da camada óptica será mais aguda no ambiente de rede de transporte central. Aqui, a conectividade lógica baseada em malha será suportada por meio de topologias físicas, incluindo anéis de proteção compartilhada baseados em OADM e arquiteturas de restauração de malha baseadas em OXC. A escolha dependerá do grau desejado de largura de banda do provedor de serviço "over build" e dos requisitos de escala de tempo de sobrevivência.

À medida que requisitos semelhantes de gerenciamento de largura de banda surgem para os ambientes metropolitanos entre escritórios e de acesso, as soluções baseadas em anel OADM também serão otimizadas para essas aplicações: anéis de proteção ótica compartilhada para demandas de malha e anéis de proteção ótica dedicados para demandas de hub. Portanto, assim como o OA foi o habilitador de tecnologia para o surgimento de sistemas de linha ponto a ponto WDM, OADMs e OXCs serão os habilitadores para o surgimento do OTN.

À medida que os elementos da rede óptica assumem a funcionalidade da camada de transporte tradicionalmente fornecida pelo equipamento SDH, a camada de transporte óptico passará a servir como a camada de transporte unificadora, capaz de suportar formatos de sinal de rede de núcleo de pacote convergente e legado. Obviamente, a movimentação do provedor de serviços para a OTN será prevista na transferência da funcionalidade da camada de transporte "semelhante ao SDH" para a camada óptica, simultaneamente ao desenvolvimento de uma filosofia de manutenção e recursos de manutenção de rede associados para a camada de transporte óptico emergente.

A capacidade de sobrevivência é fundamental para o papel das redes ópticas como a infraestrutura de transporte unificadora. Como acontece com muitos outros aspectos arquitetônicos, a capacidade de sobrevivência da rede óptica terá uma semelhança de alto nível com a capacidade de sobrevivência do SDH, uma vez que as topologias de rede e os tipos de elementos de rede são muito semelhantes. Dentro da camada óptica, os mecanismos de sobrevivência continuarão a oferecer a recuperação mais rápida possível de cortes de fibra e outras falhas de mídia física, bem como fornecer gerenciamento eficiente e flexível da capacidade de proteção.

OTN é conceitualmente análogo ao SDH, em que subcamadas são definidas que refletem relacionamentos cliente-servidor. Visto que OTN e SDH são ambas redes multiplexadas orientadas à conexão, não deveria ser uma surpresa que os esquemas de restauração e proteção para ambas sejam notavelmente semelhantes. Vale a pena repetir a diferença sutil, mas importante: enquanto a rede TDM é baseada na manipulação de time slot digital, a rede OTN / WDM é baseada em slot de frequência analógica ou manipulação de canal óptico (comprimento de onda). Assim, embora possamos esperar que arquiteturas de proteção e restauração semelhantes sejam possíveis com ambas as tecnologias, os tipos de falhas de rede que podem ser levados em consideração em qualquer esquema de sobrevivência em particular podem ser bem diferentes.

Sobrevivência da camada óptica

As redes de telecomunicações são necessárias para fornecer um serviço confiável e ininterrupto aos seus clientes. Os requisitos gerais de disponibilidade são da ordem de 99,999 por cento ou mais, o que implica que a rede não pode ficar inativa por mais de 6 minutos / ano em média. Como resultado, a capacidade de sobrevivência da rede é um fator importante que afeta como essas redes são projetadas e operadas. As redes precisam ser projetadas para lidar com cortes de link ou fibra, bem como com falhas de equipamento.

A rede pode ser vista como consistindo em muitas camadas que operam entre si, conforme mostrado na figura acima. Diferentes operadoras escolhem maneiras diferentes de realizar suas redes usando diferentes combinações de estratégias de camadas. As transportadoras estabelecidas usam sua grande base instalada de equipamentos SDH e os extensos recursos de preparação e monitoramento das conexões digitais.

Em contraste, uma operadora que oferece serviços baseados em protocolo de Internet (IP) busca ter uma infraestrutura de rede simplificada usando IP como a camada de transporte básica sem usar SDH. As operadoras que se distinguem com base na qualidade (e diversidade) de serviços (QOS) podem usar ATM como sua tecnologia de transporte. Abaixo dessas camadas está a camada ótica WDM emergente, ou camada ótica.

A camada óptica fornece caminhos de luz para camadas superiores, que podem ser consideradas como camadas clientes que fazem uso do serviço fornecido pela camada óptica. Os caminhos leves são tubos comutados por circuito que transportam tráfego a taxas de bits bastante altas (por exemplo, 2,5 Gb / s ou 10 Gb / s). Esses caminhos de luz são normalmente configurados para interconectar equipamentos da camada do cliente, como SDH ADMs, roteadores IP ou switches ATM. Depois de configurados, eles permanecem estáticos ao longo do tempo.

A camada óptica consiste em terminais de linha óptica (OLTs), ADMs ópticos (OADMs) e conexões cruzadas ópticas (OXCs), conforme mostrado na figura a seguir. Os OLTs multiplexam vários canais em uma única fibra ou par de fibras. Os OADMs descartam e adicionam um pequeno número de canais de / para um fluxo WDM agregado. Um OXC comuta e gerencia um grande número de canais em um local de nó de alto tráfego.

Olhamos para a proteção da camada ótica de uma perspectiva de serviços, em termos dos tipos de serviços necessários a serem fornecidos pela camada ótica à camada superior. Em seguida, comparamos os diferentes esquemas de proteção de camada ótica que foram propostos em termos de custo e eficiência de largura de banda com base na combinação de serviços que deve ser suportada. Isso é um pouco diferente, o que tende a ver a proteção de camada óptica como análoga à proteção de camada SDH.

Por que proteção de camada ótica?

As camadas IP, ATM e SDH mostradas na figura acima, todas incorporam técnicas de proteção e restauração. Embora essas camadas tenham sido projetadas para funcionar com outras camadas, elas também podem operar diretamente sobre a fibra e, portanto, não dependem de outras camadas para lidar com as funções de proteção e restauração. Como resultado, cada uma dessas camadas incorpora suas próprias funções de proteção e restauração. Assim, surge a pergunta: por que precisamos da camada óptica para fornecer seu próprio conjunto de mecanismos de proteção e restauração. A seguir estão alguns dos motivos -

• Algumas das camadas que operam acima da camada óptica podem não ser totalmente capazes de fornecer todas as funções de proteção necessárias na rede. Por exemplo, a camada SDH foi projetada para fornecer proteção abrangente e, portanto, não dependeria da proteção da camada óptica. No entanto, as técnicas de proteção em outras camadas (IP ou ATM) por si só podem não ser suficientes para fornecer disponibilidade de rede adequada na presença de falhas.

  Atualmente, existem muitas propostas para operar a camada IP diretamente sobre a camada óptica sem usar a camada SDH. Embora o IP incorpore tolerância a falhas no nível de roteamento, esse mecanismo é complicado e não rápido o suficiente para fornecer QOS adequado. Nesse caso, torna-se importante para a camada ótica fornecer proteção rápida para atender aos requisitos gerais de disponibilidade da camada de transporte.

• A maioria das operadoras tem grandes investimentos em equipamentos legados que não oferecem nenhum mecanismo de proteção, mas não podem ser ignorados. Uma introdução contínua da camada óptica entre este equipamento e a fibra bruta oferece atualização de baixo custo da infraestrutura em longos links de fibra com maior capacidade de sobrevivência.

• A proteção e restauração da camada óptica podem ser usadas para fornecer um nível adicional de resiliência na rede. Por exemplo, muitas redes de transporte são projetadas para tratar uma única falha por vez, mas não várias falhas. A restauração óptica pode ser usada para fornecer resiliência contra várias falhas.

• A proteção da camada óptica pode ser mais eficiente no tratamento de certos tipos de falhas, como cortes de fibra. Uma única fibra transporta vários comprimentos de onda de tráfego (por exemplo, fluxos de 16-32 SDH). Um corte de fibra, portanto, resulta em todos os 16-32 desses fluxos SDH sendo restaurados independentemente pela camada SDH. O sistema de gerenciamento de rede é inundado com um grande número de alarmes gerados por cada uma dessas entidades independentes. Se o corte da fibra for restaurado de forma suficientemente rápida pela camada óptica, essa ineficiência operacional pode ser evitada.

• Economias de custo significativas podem ser obtidas com o uso da proteção e restauração da camada óptica.

Limitações - Proteção da camada óptica

A seguir estão algumas das limitações da proteção da camada óptica.

• Ele não pode lidar com todos os tipos de falhas na rede. Por exemplo, ele não pode lidar com a falha de um laser em um roteador IP ou um SDH ADM conectado à rede óptica. Este tipo de falha deve ser tratado pela camada IP ou SDH, respectivamente.

• Pode não ser capaz de detectar todos os tipos de falhas na rede. Os caminhos de luz fornecidos pela camada óptica podem ser transparentes de modo que transportem dados em uma variedade de taxas de bits. A camada ótica, neste caso, pode de fato não estar ciente do que exatamente é transportado nesses caminhos de luz. Como resultado, ele não pode monitorar o tráfego para detectar degradações, como taxas de erro de bit aumentadas, que normalmente invocariam uma chave de proteção.

• A camada óptica protege o tráfego em unidades de caminhos leves. Ele não pode fornecer diferentes níveis de proteção para diferentes partes do tráfego transportado no caminho de luz (parte do tráfego pode ser de alta prioridade, a outra de baixa prioridade). Essa função deve ser executada por uma camada superior que lida com o tráfego nessa granularidade mais fina.

• Pode haver restrições de orçamento de link que limitam a capacidade de proteção da camada óptica. Por exemplo, o comprimento da rota de proteção ou o número de nós pelos quais o tráfego de proteção passa pode ser limitado.

• Se a rede geral não for cuidadosamente projetada, pode haver condições de corrida quando a camada ótica e a camada do cliente tentam proteger o tráfego contra uma falha simultaneamente.

• A tecnologia e as técnicas de proteção ainda não foram testadas em campo e a implantação em escala real desses novos mecanismos de proteção levará, portanto, alguns anos para acontecer.

Definições de entidades protegidas

Antes de entrar em detalhes sobre as técnicas de proteção e as compensações entre elas, é útil definir as entidades que são protegidas pela camada ótica e pela camada cliente. Essas entidades são mostradas na figura a seguir.

Porta de equipamento do cliente

As portas no equipamento do cliente podem falhar. Nesse caso, a camada ótica não pode proteger a camada do cliente por si só.

Conexões intra-local entre o cliente e o equipamento óptico

Os cabos dentro de um local podem ser desconectados, principalmente devido a erros humanos. Este é considerado um evento relativamente provável. Novamente, a proteção total contra tais ocorrências só pode ser suportada pela proteção combinada da camada do cliente e da camada ótica.

Cartões Transponder

Os transponders são placas de interface entre o equipamento cliente e a camada óptica. Esses cartões convertem o sinal do equipamento cliente em um comprimento de onda adequado para uso dentro da rede óptica, usando a conversão de óptico para elétrico para óptico. Portanto, a taxa de falha desta placa não pode ser considerada desprezível. Dado o grande número dessas placas em um sistema (uma por comprimento de onda), é necessário um suporte especial de proteção para elas.

Instalações externas

Essa instalação de fibra entre os locais é considerada os componentes menos confiáveis ​​do sistema. Cortes de fibra são bastante comuns. Esta categoria também inclui amplificadores ópticos que são implantados ao longo da fibra.

Nós inteiros

Um nó inteiro pode falhar devido a erros da equipe de manutenção (por exemplo, desligamento de disjuntores de energia) ou falhas do local inteiro. Falhas no local são relativamente raras e geralmente ocorrem por causa de desastres naturais, como incêndios, inundações ou terremotos. As falhas de nó têm um impacto significativo na rede e, portanto, ainda precisam ser protegidas, apesar de sua probabilidade de ocorrência relativamente baixa.

Proteção Vs Restauração

Protectioné definido como o mecanismo principal usado para lidar com uma falha. Precisa ser muito rápido (normalmente o tráfego não deve ser interrompido por mais de 60 ms no caso de falha de redes SDH). Como resultado, as rotas de proteção geralmente precisam ser pré-planejadas para que o tráfego possa ser transferido das rotas normais para as rotas de proteção rapidamente.

Devido aos requisitos de velocidade, esta função é normalmente realizada de forma distribuída pelos elementos da rede, sem depender de uma entidade de gerenciamento centralizado para coordenar as ações de proteção. Com exceção de esquemas de proteção de malha rápida recentes (e ainda não comprovados), as técnicas de proteção tendem a ser bastante simples e são implementadas em topologias lineares ou em anel. Todos eles acabam usando 100 por cento de largura de banda de acesso na rede.

Em contraste, restorationnão é um mecanismo primário usado para lidar com falhas. Depois que a função de proteção é concluída, a restauração é usada para fornecer rotas eficientes ou resiliência adicional contra outras falhas antes que a primeira falha seja corrigida. Como resultado, pode ser bastante lento (às vezes de segundos a minutos).

As rotas de restauração não precisam ser pré-planejadas e podem ser calculadas em tempo real por um sistema de gerenciamento centralizado, sem exigir uma função de controle distribuído. Algoritmos mais sofisticados podem ser usados ​​para reduzir o excesso de largura de banda necessária e topologias de malha mais complexas podem ser suportadas.

Subcamadas dentro da camada ótica

A camada óptica consiste em várias subcamadas. A proteção e a restauração podem ser realizadas nessas diferentes camadas. Podemos ter esquemas que protegem caminhos de luz individuais ou canais ópticos. Esses esquemas tratam de cortes de fibra e também de falha de equipamento terminal, como lasers ou receptores.

Podemos ter esquemas que funcionam no nível do sinal agregado, que corresponde à camada Optical Multiplex Section (OMS). Esses esquemas não fazem distinção entre diferentes caminhos de luz que são multiplexados juntos e restauram todos eles simultaneamente, alternando-os como um grupo.

O termo proteção de camada de caminho é usado para denotar esquemas que operam em canais individuais ou caminhos de luz e proteção de camada de linha para denotar esquemas que operam na camada de seção multiplex ótica. Consulte a Tabela 1 para uma comparação entre as propriedades dos esquemas de caminho e camada de linha e a Tabela 2 e a Tabela 3 para os diferentes esquemas de caminho e linha.

Tabela 1: Uma comparação entre proteção de linha e proteção de caminho

Critério	Proteção de linha	Proteção de Caminho
Protege contra	Instalações entre escritórios Falhas de site / nó	Instalações entre escritórios Falhas de site / nó Falhas de equipamento
Número de fibras	Quatro, se a multiplexação de nível único for usada	Dois
Pode lidar com falhas / degradação de um único caminho	Não	sim
Suporta tráfego que não deve ser protegido	Não	sim
Custo do equipamento	Baixo	Alto
Eficiência de largura de banda	Bom para tráfego protegido	Baixo para canais desprotegidos

Tabela 2: Uma comparação entre esquemas de linha-camada

Esquema	Protege contra	Topologia	Restrições / deficiências	Benefícios para o cliente
1 + 1 linha	Cortes de linha	Ponto a ponto	Rota diversa necessária para proteger as fibras	Mais simples de implementar e operar
1 + 1 linha	Cortes de linha	Ponto a ponto	Rota diversa necessária para proteger as fibras	Suporte para tráfego de baixa prioridade Perda inferior (por aproximadamente 3 dB)
OULSR	Cortes de linha Falhas de nó	Anel metropolitano	Deficiências da camada óptica Existe perda de energia adicional devido à ponte de nível de linha de sinais	Simples de implementar e operar Pode ser feito usando elementos passivos (em vez de interruptores ópticos)
OBLSR	Cortes de linha Falhas de nó	Anel metropolitano	Deficiências da camada óptica	Reutilização de largura de banda de proteção Suporte para tráfego de baixa prioridade
Proteção de linha de malha	Cortes de linha Falhas de nó	Qualquer	Limitada por deficiências da camada óptica Baseado em conexão cruzada totalmente óptica Difícil de gerenciar	Eficiente Baixo custo

Tabela 3: Uma comparação entre esquemas de camada de caminho

Esquema	Protege contra	Topologia	Restrições / deficiências	Benefícios para o cliente
Proteção da camada do cliente	Falhas de equipamento do cliente Instalações dentro do escritório Falhas do transponder Instalações entre escritórios Falhas de nó	Qualquer	Requer diversos caminhos na rede Mais caro	Proteção mais extensa
1: N proteção de equipamento	Falhas do transponder	Linear ou anel		Custo muito baixo Largura de banda eficiente
1 + 1 caminho ou OUPSR	Instalações entre escritórios Falhas de nó	Qualquer	Requer diversos caminhos na rede Consome largura de banda	Semelhante à proteção do cliente Simples de desenvolver e operar
OBPSR	Instalações entre escritórios Falhas de nó	Anel virtual		Reutilização de largura de banda de proteção Suporta tráfego de baixa prioridade
Proteção de caminho de malha	Instalações entre escritórios Falhas de nó	Qualquer	Requer um OXC Muito complexo de implementar e operar	Alta eficiência

A topologia física da rede pode ser qualquer malha, passando por caminhos de luz entre os nós do equipamento cliente. A topologia virtual do ponto de vista do equipamento cliente é restrita de acordo com a camada do cliente (por exemplo, anéis para SDH). 2A topologia física é qualquer malha, enquanto a topologia virtual dos caminhos de luz é um anel.

Considere, por exemplo, os dois esquemas de proteção mostrados nas figuras a seguir. Ambos os esquemas podem ser considerados como esquemas de proteção 1 + 1, ou seja, dividem o sinal na extremidade de transmissão e selecionam a melhor cópia na extremidade de recepção. A Fig. (A) mostra a proteção da camada de linha 1 + 1, na qual tanto a divisão quanto a seleção são feitas para todo o sinal WDM em conjunto. A Fig. (B) mostra a proteção da camada de caminho 1 + 1, onde a divisão e a seleção são feitas separadamente para cada caminho de luz.

Camada de linha versus proteção de camada de caminho

Existem diferenças importantes de custo e complexidade entre as duas abordagens. A proteção de linha requer um divisor adicional e troca para um sistema desprotegido. No entanto, a proteção de caminho requer um divisor e switch por canal. Mais importante, a proteção de caminho normalmente requer o dobro dos transponders e o dobro dos recursos mux / demux da proteção de linha. Portanto, a proteção de caminho é quase duas vezes mais cara do que a proteção de linha, se todos os canais devem ser protegidos. A história muda, entretanto, se todos os canais não precisarem ser protegidos.

Os esquemas básicos de proteção

Uma comparação dos esquemas de proteção pode ser encontrada nas Tabelas -1, 2 e 3. Os esquemas de proteção da camada óptica podem ser classificados quase da mesma maneira que os esquemas de proteção SDH e podem ser implementados na camada do cliente, camada de caminho ou camada de linha .

Proteção do Cliente

Uma opção simples é deixar a camada do cliente cuidar de sua própria proteção e não fazer com que a camada óptica faça nenhuma proteção. Esse pode ser o caso das camadas de cliente SDH. Embora isso seja simples do ponto de vista da camada ótica, benefícios de custo significativos e economia de largura de banda podem ser obtidos executando a proteção da camada ótica. Embora o método de proteção do cliente possa oferecer suporte a redes cliente ponto a ponto, anel ou mesh, é importante observar que do ponto de vista da rede óptica, tudo isso se traduz em suporte a mesh óptico, uma vez que até mesmo um cliente ponto a ponto o link pode abranger uma rede de malha óptica inteira.

Na proteção da camada do cliente, os caminhos de trabalho e de proteção do cliente são totalmente diversificados, roteados pela camada ótica, de modo que não há pontos de falha únicos. Além disso, os caminhos de trabalho e de proteção do cliente não devem ser mapeados para comprimentos de onda diferentes no mesmo link WDM. Se o link WDM falhar, ambos os caminhos serão perdidos.

Esquemas de camada de caminho

Proteção de caminho 1 + 1

Esse esquema requer dois comprimentos de onda na rede, bem como dois conjuntos de transponders em cada extremidade. Quando aplicada a um anel, esta proteção também é denominada Anel comutado de Caminho Unidirecional Ótico (OUPSR) ou Anel de Proteção Dedicado OCh (Anel OCh / DP).

Implementation Notes- A ponte é normalmente feita por meio de um acoplador ótico, enquanto a seleção é feita por meio de um interruptor ótico 1 x 2. A extremidade receptora pode decidir mudar para o caminho de backup sem coordenação com a fonte.

Anel comutado de caminho bidirecional

Este esquema é vagamente baseado no anel comutado de linha bidirecional de 4 fibras SDH (BLSR) e depende da largura de banda de proteção compartilhada ao redor do anel. Quando um caminho de luz funcional falha, os nós coordenam e tentam enviar o tráfego através da largura de banda de proteção designada na mesma direção ao redor do anel (para superar as falhas do transponder). Este é um switch de intervalo. Se isso falhar, os nós farão um loop do tráfego ao redor do caminho alternativo ao redor do anel até a outra extremidade da falha. Esta ação é uma troca de anel.

O esquema permite que caminhos de luz não sobrepostos compartilhem a mesma largura de banda de proteção, desde que não falhem juntos. Este esquema também é denominado anel de proteção compartilhada OCh (OCh / SPRing).

Implementation Notes- Este esquema pode ser implementado em um OXC ou, por meio de switches muito menores, no OADM. Chaves são necessárias para cada canal de proteção. É semelhante ao padrão SDH BLSR.

Proteção de caminho de malha

Este esquema permite proteção de malha global com comutação muito rápida (em menos de 100 ms) para cada caminho de luz com falha separadamente para um caminho de backup, compartilhado por vários caminhos de luz potencialmente tomando uma rota diferente por caminho de luz. Em caso de falha, é avisado a todos os nós pertinentes que configuram caminhos de backup.

Implementation Notes- Esses esquemas estão sendo implementados em OXCs. Devido a restrições de tempo, caminhos de backup predefinidos são armazenados nos nós da rede e são ativados com base nos tipos de falha.

Restauração de caminho de malha

Ao contrário da proteção do caminho da malha, este esquema não tem restrições de tempo rigorosas. Este dispositivo calcula rotas alternativas usando sua topologia e dissemina uma nova informação de configuração para os nós, que configuram essas rotas. Os nós não precisam manter nenhuma informação n / w.

Implementation Notes - A natureza centralizada deste esquema garante rotas de proteção mais otimizadas e reduz a complexidade de implementação e manutenção.

1: N Proteção de Equipamentos

Um dos módulos mais complexos (e portanto sujeitos a falhas) em um terminal WDM típico é um transponder. A proteção 1: N designa um transponder sobressalente para assumir em caso de falha do transponder normal.

Implementation Notes- Este esquema é mais tipicamente baseado em um comprimento de onda protegido designado. Em caso de falha, ambas as extremidades devem alternar usando protocolos de sinalização rápida, não como APS em SDH.

Esquemas de camada de linha

Proteção Linear 1 + 1

Este esquema é baseado na ponte de todo o sinal WDM em massa em um par de instalações diversamente roteadas. A extremidade receptora dessas instalações escolhe qual dos dois sinais receber.

Proteção Linear 1: 1

Este esquema requer uma configuração semelhante à anterior (ou seja, 1 + 1 linear), no entanto, o sinal é comutado para o caminho de trabalho ou de proteção, mas não para ambos. Embora isso aumente a carga de coordenação, permite a execução de tráfego de baixa prioridade no caminho de backup (até que seja necessário para proteger o caminho de trabalho). Também acarreta menor perda de potência óptica devido ao fato de que toda a energia do sinal é direcionada para um caminho em vez de dois.

Implementation Notes- A comutação normalmente é feita usando um switch óptico 1 × 2. A coordenação é obtida por meio de um protocolo de sinalização rápida.

Anel de comutação de linha ótica unidirecional (OULSR)

O esquema é semelhante ao esquema OUPSR, exceto que a ponte e a seleção do sinal são feitas para o sinal WDM agregado. Isso permite um design mais otimizado, menor custo e implementações muito diferentes.

Implementation Notes- Uma implementação desse esquema é baseada em acopladores passivos que executam o anel óptico em um meio de transmissão. Em vez de usar OADMs, esse esquema é baseado em OLTs simples, cada um acoplado em anéis no sentido horário e anti-horário, de forma que cada um dos comprimentos de onda seja transmitido e recebido em ambas as fibras. Em condições normais, o link é desconectado artificialmente, resultando em um barramento linear, quando o link de corte de fibra é reconectado.

Anel comutado de linha bidirecional

Este esquema é semelhante ao esquema OBPSR tanto nos aspectos do protocolo quanto nas ações de proteção utilizadas (span e ring switching). Como todos os esquemas de camada de linha, o sinal WDM agregado é comutado em massa para uma fibra de proteção dedicada (exigindo quatro fibras) ou para uma banda WDM diferente dentro de uma única fibra (permitindo apenas duas fibras, mas exigindo um esquema mux óptico de dois estágios ) Este esquema também é denominado como anel de proteção compartilhada OMS (OMS / SPRing).

Implementation Notes- Como a rota de backup percorre todo o anel opticamente, amplificadores de linha óptica podem ser necessários ao longo do caminho de backup para compensar as perdas. A circunferência do anel também é limitada por outras deficiências ópticas. Portanto, essa opção se encaixa melhor em aplicativos metropolitanos.

Proteção / restauração de linha de malha

Este esquema é baseado em conexões cruzadas totalmente ópticas que desviam o sinal WDM de uma instalação com falha para uma rota alternativa e de volta para a outra extremidade da instalação com falha.

Implementation Notes - Como OBLSR, este esquema é restrito por deficiências ópticas que podem se desenvolver ao longo de rotas alternativas e requer um projeto óptico cuidadoso.

Consideração para a escolha do esquema de proteção

Os critérios que podem ser usados ​​por uma operadora para selecionar os esquemas de proteção a serem usados ​​na rede. Um gráfico de decisão simplificado para isso é mostrado na figura a seguir, assumindo que tanto o equipamento quanto a proteção da linha são necessários.

O custo da proteção

Outro critério do ponto de vista da operadora é o custo do sistema em pelo menos dois aspectos -

• Custo do equipamento
• Eficiência de largura de banda

Ambos dependem do mix de serviços do tráfego, ou seja, a fração do tráfego a ser protegida pela camada óptica.

A figura a seguir mostra o custo do equipamento de esquemas de camada de caminho e esquemas de camada de linha equivalentes como uma função da combinação de tráfego. Se todo o tráfego deve ser protegido, os esquemas de camada de caminho exigem cerca de duas vezes o equipamento dos esquemas de camada de linha, pois há menos compartilhamento de equipamentos comuns.

No entanto, o custo da proteção da camada de caminho é proporcional ao número de canais que devem ser protegidos, pois cada canal requer um mux / demux associado e equipamento de terminação. Assim, o custo da proteção da camada de caminho cai se menos canais tiverem que ser protegidos. No caso em que nenhum canal precise ser protegido, os esquemas da camada de caminho custarão aproximadamente o mesmo que os esquemas da camada de linha, supondo que nenhum equipamento comum adicional seja implantado.

A história é diferente do ponto de vista da eficiência da largura de banda, conforme mostrado na figura a seguir. Em um sistema com proteção de linha, a largura de banda de proteção é consumida para caminhos de luz que exigem proteção, bem como para aqueles que não exigem proteção. Em sistemas de proteção de caminho, os caminhos de luz que não requerem proteção podem usar largura de banda, permitindo que outros caminhos de luz desprotegidos usem largura de banda que, de outra forma, seria desperdiçada em proteção indesejada.

Segue-se que, se uma grande parte dos caminhos leves pudesse ser deixada desprotegida, a proteção da camada de caminho recuperaria o custo, suportando mais tráfego de trabalho na mesma rede do que a proteção da camada de linha.

As redes ópticas legadas implantam tecnologias SDH / SONET para transportar dados pela rede óptica. Essas redes são relativamente fáceis de planejar e projetar. Novos elementos de rede podem ser facilmente adicionados à rede. As redes WDM estáticas podem exigir menos investimento em equipamentos, especialmente em redes metropolitanas. No entanto, o planejamento e a manutenção dessas redes podem ser um pesadelo, pois as regras de engenharia e a escalabilidade costumam ser bastante complexas.

A largura de banda e os comprimentos de onda devem ser pré-alocados. Como os comprimentos de onda são agrupados em grupos e nem todos os grupos são terminados em todos os nós, o acesso a comprimentos de onda específicos pode ser impossível em certos locais. As extensões de rede podem exigir nova regeneração ótica-elétrica-ótica e amplificadores ou, pelo menos, ajustes de potência nos locais existentes. A operação de uma rede WDM estática exige muitos recursos humanos.

O planejamento de rede e largura de banda deve ser tão fácil quanto nas redes SDH / SONET no passado. Dentro da largura de banda do anel fornecida, por exemplo STM-16 ou OC-48, cada nó pode fornecer a largura de banda necessária.

O acesso a toda a largura de banda era possível em cada ADM. A extensão da rede, por exemplo, a introdução de um novo nó em um anel existente, foi relativamente fácil e não exigiu nenhuma visita no local dos nós existentes. O diagrama de rede à esquerda ilustra isso: Os sistemas de conexão cruzada digital se conectam com vários anéis SDH / SONET óticos.

As redes óticas reconfiguráveis ​​agem de maneira diferente: a largura de banda pode ser planejada sob demanda e o alcance é otimizado, pois a energia ótica agora é gerenciada por canal WDM. A escalabilidade aumenta significativamente.

O elemento chave para habilitar essa rede óptica reconfigurável é Reconfigurable Optical Add-drop Multiplexer (ROADM). Ele permite que comprimentos de onda óticos sejam redirecionados para interfaces de cliente com apenas um clique no software. Outro tráfego não é afetado por isso. Tudo isso é conseguido sem a necessidade de qualquer deslocamento de caminhão para os respectivos locais para instalar filtros ou outros equipamentos.

Rede WDM reconfigurável com ROADMs

As regras de engenharia estática do WDM e escalabilidade podem ser bastante complexas (OADM em cada nó).

• Pré-alocação de largura de banda e comprimento de onda
• Alocação de margem para estrutura de filtro fixa
• Gerenciamento de energia insuficiente
• A extensão da rede requer regeneração ótica-elétrica-ótica (OEO)

As redes SDH / SONET são fáceis de planejar.

• Acesso a toda largura de banda em cada ADM
• Regras fáceis de engenharia (apenas salto único)
• Fácil adição de novos elementos de rede

Uma camada óptica reconfigurável permite o seguinte.

• Planejamento de largura de banda sob demanda
• Alcance transparente estendido devido ao gerenciamento de energia por canal WDM
• Escalabilidade sem sucesso

As camadas fotônicas estáticas consistem em anéis ópticos separados. Considere vários sistemas DWDM localizados em cada um desses anéis. Freqüentemente, as informações ou dados simplesmente permanecem no mesmo anel, portanto, não há problema. No entanto, o que acontece nos casos em que os dados precisam ser transferidos para um anel óptico diferente?

Em sistemas estáticos, um grande número de transponders é necessário sempre que uma transição entre os anéis é necessária. Na verdade, cada comprimento de onda que passa de um anel para outro precisa de dois transponders: um em cada lado da rede. Essa abordagem acarreta altos custos e muito planejamento inicial, considerando a alocação de largura de banda e canais.

Vamos agora imaginar uma camada fotônica reconfigurável dinâmica. Aqui, há apenas um único sistema DWDM formando a interface entre dois anéis ópticos. Consequentemente, a regeneração baseada em transponder desaparece e o número de sistema DWDM diminui. Todo o projeto da rede é simplificado e os comprimentos de onda agora podem viajar de um anel para outro sem qualquer outra obstrução.

Qualquer comprimento de onda pode se propagar para qualquer anel e para qualquer porta. A chave para um design de rede totalmente flexível e escalável, com uma passagem óptica do núcleo à direita da área de acesso, é o ROADM e o plano de controle GMPLS.

Simplificações por meio de ROADMs

ROADMs fornecem simplificações na rede e nos processos do provedor de serviço ou da operadora. Essa interação resume algumas dessas simplificações. Afinal, é preciso ter em mente que todas essas vantagens resultam em redução de tempo, esforço e custo. Mas o mais importante é que eles também levam ao aumento da satisfação do cliente e, por sua vez, à fidelidade do cliente.

O planejamento de rede é amplamente simplificado usando ROADMs. Basta considerar o número significativamente reduzido de transponders, que precisam ser armazenados no depósito.

A instalação e o comissionamento - por exemplo, ao configurar um novo comprimento de onda para a rede - exigem muito menos esforço e são muito menos complexos. Os técnicos de serviço precisam apenas visitar os respectivos locais finais para instalar os transponders e o ROADM. Multiplexadores óticos fixos de adição / eliminação (FOADMs) costumavam exigir uma visita a cada local intermediário para que o trabalho de instalação e os patches pudessem ser realizados.

As operações e a manutenção são bastante simplificadas quando uma rede óptica dinâmica é implantada. O diagnóstico óptico pode ser realizado em alguns minutos em vez de horas, como acontecia anteriormente. As deficiências podem ser detectadas e eliminadas dinamicamente em vez de acionar deslocamentos de caminhão para locais externos.

Com a implantação de lasers ajustáveis ​​e ROADMs incolores, a manutenção da planta de fibra fica mais fácil. Usando esses recursos, o provisionamento de serviços agora é mais fácil do que nunca. Tal como acontece com o trabalho de instalação e comissionamento, também é significativamente mais fácil realizar a manutenção da rede e quaisquer atualizações potenciais.

Arquitetura ROADM

Muitas vantagens que os ROADMs trazem para o projeto e a operação da rede foram abordadas nas seções anteriores. Aqui estão mais alguns -

• Monitoramento de potência por canal e nivelamento para equalizar todo o sinal DWDM
• Controle total de tráfego do centro de operação de rede remota

Uma pergunta, no entanto, ainda não foi respondida: Como funciona um ROADM? Vamos dar uma olhada em alguns fundamentos.

Um ROADM geralmente consiste em dois elementos funcionais principais: um divisor de comprimento de onda e uma chave seletiva de comprimento de onda (WSS). Dê uma olhada no diagrama de blocos acima: Um par de fibra óptica na interface de rede nº 1 está conectado ao módulo ROADM.

A fibra que transporta os dados de entrada (da rede) é fornecida ao divisor de comprimento de onda. Agora, todos os comprimentos de onda estão disponíveis em todas as portas de saída do divisor, neste caso 8. O tráfego local add / drop (comprimentos de onda) pode ser multiplexado / desmultiplexado com um Arrayed Waveguide Filter (AWG). Usar um AWG implica uma alocação e direção fixas de comprimento de onda.

O Wavelength Selective Switch (WSS) junta seletivamente os vários comprimentos de onda e os alimenta na saída da interface de rede # 1. As portas divisórias restantes são conectadas a outras direções de rede, por exemplo, três outras direções em um nó de junção de 4 graus.

Note- Um dos módulos ilustrados (caixa completamente cinza) é necessário por direção de rede neste nó. Ou para ser mais preciso: em um nó de junção servindo em quatro direções (4 graus), quatro desses módulos são necessários.

O ROADM Heart - o Módulo WSS

Vamos começar com o sinal WDM vindo da esquerda. Ele passa através da fibra óptica na parte superior e é direcionado para uma rede de difração em massa. Esta grade de difração em massa atua como uma espécie de prisma. Ele separa os vários comprimentos de onda em diferentes direções, embora a variação do ângulo seja muito pequena. Os comprimentos de onda separados atingem um espelho esférico, que reflete os raios em um conjunto de sistemas microeletromecânicos (MEMS). Cada microinterruptor é atingido por um comprimento de onda diferente, que é então enviado de volta ao espelho esférico.

De lá, os raios são devolvidos à rede de difração em massa e enviados para a fibra óptica. Mas agora esta é uma fibra diferente daquela com a qual começamos. O sinal de saída de comprimento de onda único indica que isso ocorreu. Este sinal pode então ser combinado com outros sinais de comprimento de onda único para preencher outra fibra de transmissão.

Existem várias versões disponíveis - as palavras-chave aqui são incolores, sem direção, etc.

ROADM - Graus, incolor, sem direção e mais

Prazo	Explicação
Degree	O termo Grau descreve o número de interfaces de linha DWDM com suporte. Um nó ROADM de 2 graus suporta duas interfaces de linha DWDM. Também permite adicionar / remover ramificações de todas as interfaces de linha.
Multi Degree	ROADMs de vários graus suportam mais de duas interfaces de linha DWDM. O número de ramificações de inclusão / eliminação possíveis é determinado pela contagem de portas WSS.
Colorless	Um ROADM incolor permite a alocação flexível de qualquer comprimento de onda ou cor para qualquer porta. Módulos de filtro devem ser conectados para implementar esta função.
Directionless	Um ROADM sem direção não requer uma reconexão física das fibras de transmissão. As restrições nas direções são eliminadas. ROADMs sem direção são implantados para fins de restauração ou redirecionamento temporário de serviços (por exemplo, devido à manutenção da rede ou requisitos de largura de banda sob demanda).
Contentionless	ROADMs sem contenção eliminam o problema potencial de dois comprimentos de onda idênticos colidindo no ROADM.
Gridless	ROADMs sem grade suportam várias grades de canal ITU-T com o mesmo sinal DWDM. A granularidade da grade pode ser adaptada aos requisitos futuros de velocidade de transmissão.

Para compreender esta abordagem ROADM nivelada, a seguir estão alguns termos-chave frequentemente usados ​​em conexão com ROADMs.

Incolor

ROADMs simples compreendem um WSS para cada direção, também conhecido como “um grau”. Os comprimentos de onda ainda são atribuídos e os transceptores de adição / queda fixos são usados. ROADMs incolores eliminam esta limitação: Com tais ROADMs, qualquer comprimento de onda ou cor pode ser atribuído a qualquer porta. Nenhum deslocamento de caminhão é necessário, pois a configuração completa é controlada por software. Módulos de filtro devem ser implementados para perceber o recurso incolor.

Sem direção

Isso geralmente aparece em conjunto com o termo “incolor”. Um design sem direção remove uma limitação adicional do ROADM. A necessidade de reconectar fisicamente as fibras de transmissão é eliminada usando ROADMs sem direção, pois não há restrições com relação à direção, por exemplo, sul ou norte.

Sem contenção

Embora incolores e sem direção, ROADMs já oferecem grande flexibilidade, dois comprimentos de onda usando a mesma frequência ainda podem colidir em um ROADM. ROADMs sem contenção fornecem uma estrutura interna dedicada para evitar tal bloqueio.

Sem grade

Os ROADMs sem grade suportam uma grade de canal de comprimento de onda muito densa e podem ser adaptados a requisitos futuros de velocidade de transmissão. O recurso é necessário para taxas de sinal de mais de 100 Gbit / se diferentes formatos de modulação em uma rede.

Quando sem direção

ROADMs sem direção são o projeto de ROADM mais amplamente difundido, pois permitem a adição / queda de um comprimento de onda da grade ITU compatível em qualquer interface de linha. No caso de uma variante apenas sem direção, as portas adicionar / descartar são específicas para um comprimento de onda definido. Usando a opção incolor, as portas também podem ser não específicas para o comprimento de onda.

A tecnologia sem direção é principalmente implantada para redirecionar o comprimento de onda para outras portas conforme necessário para fins de restauração. Outras aplicações também são possíveis, por exemplo, em situações de largura de banda sob demanda. ROADMs que não suportam o recurso sem direção estão sujeitos a algumas limitações com relação à flexibilidade.

Quando incolor

ROADMs incolores permitem a mudança de comprimentos de onda de um canal óptico específico sem qualquer novo cabeamento físico. Um ROADM incolor pode ser reconfigurado para adicionar / remover qualquer comprimento de onda da grade ITU suportada em qualquer porta adicionar / remover. O comprimento de onda adicionado / eliminado pode mudar (interface DWDM ajustável). Isso permite -

• Flexibilidade aprimorada para provisionamento e restauração de comprimento de onda

• Troca de restauração, troca direcional e troca de cor

• A principal vantagem das portas adicionar / soltar incolores em combinação com interfaces de linha DWDM ajustáveis ​​é a flexibilidade aprimorada para fins de provisionamento e restauração de comprimento de onda. Sintonização automática para o próximo comprimento de onda livre em um caminho óptico solicitado.

Uma das últimas coisas na automação total da rede óptica é a implantação de ROADMs incolores. Usar tais ROADMs permite adicionar / descartar qualquer comprimento de onda da grade ITU suportada em qualquer porta adicionar / descartar. O comprimento de onda na porta pode mudar conforme os transceptores sintonizáveis ​​são usados ​​como front-ends ópticos.

O provisionamento e a restauração do comprimento de onda são ainda mais fáceis do que antes. Onde um comprimento de onda está ocupado, o sistema pode sintonizar automaticamente o transceptor para o próximo comprimento de onda livre disponível. ROADMs fornecem a opção de usar recursos de adicionar / soltar fixos e incolores dentro do mesmo nó ROADM.

Quando sem contenção

ROADMs sem contenção podem adicionar / descartar qualquer comprimento de onda em qualquer porta adicionar / descartar sem qualquer grade de contenção em qualquer porta adicionar / descartar. Uma cor de comprimento de onda dedicada pode ser adicionada / removida várias vezes (de diferentes interfaces de linha DWDM) na mesma ramificação adicionar / remover. Se apenas 8 portas adicionar / descartar forem equipadas, deve ser possível descartar o mesmo comprimento de onda de 8 direções de linha diferentes nas 8 portas adicionar / descartar. Desde que as portas de adição / remoção gratuitas estejam disponíveis, o nó ROADM deve ser capaz de adicionar / remover qualquer comprimento de onda de / para qualquer interface de linha.

A combinação das funções Incolor, Directionless e Contentionless (CDC) fornece o nível máximo de flexibilidade.

Quando sem rede

Os nós ROADM sem grade suportam grades de canais ITU-T diferentes no mesmo sinal DWDM. A largura de banda da rede pode ser fornecida por canal.

O recurso sem grade é necessário para redes que operam com taxas de dados acima de 100 Gbit / s ou para redes que operam com diferentes esquemas de modulação. Destina-se a redes de próxima geração com interfaces de linha coerentes. Taxas de dados diferentes exigem requisitos de comprimento de onda diferentes, dependendo do esquema de modulação e da taxa de dados.

As velocidades de transmissão estão aumentando e os esquemas de modulação estão se tornando cada vez mais complexos. Várias tecnologias de modulação podem agora ser combinadas em uma única fibra óptica. Tudo isso se reflete na tecnologia ROADM e gera os requisitos para ROADMs sem grade. Esses ROADMs operam em uma grade de frequência densa e permitem um provisionamento por canal da largura de banda. Os canais de dados agora exigem requisitos de comprimentos de onda diferentes, dependendo de seu esquema de modulação e sua taxa de dados.

As aplicações típicas são redes operando com taxas de dados acima de 100 Gbit / s ou executando diferentes esquemas de modulação em paralelo. A última situação pode, por exemplo, existir facilmente ao implantar tecnologias de transmissão coerentes.