Redes Óticas - ROADM
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 encerrados 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 ótico-elétrico-ótico e amplificadores ou, pelo menos, ajustes de energia 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 os comprimentos de onda óticos sejam redirecionados às interfaces do 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 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 para a 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 adicionar / soltar (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 suportada 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. O uso de 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 estiverem 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.