Redes Óticas - Tecnologia WDM
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 as soluções concorrentes, como a 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 requisitos de capacidade aumentada dentro da cidade levaram à implantação de WDM na seção de curta distância de uma rede de transporte.
O principal motivo pelo 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 ótica 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 baseada em malha lógica será suportada por meio de topologias físicas, incluindo anéis de proteção compartilhados 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.
Como os elementos da rede ótica assumem a funcionalidade da camada de transporte tradicionalmente fornecida pelo equipamento SDH, a camada de transporte ótico virá 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. Tal como acontece com muitos outros aspectos arquitetônicos, a capacidade de sobrevivência da rede óptica terá uma grande semelhança 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 ótica fornece caminhos de luz para camadas superiores, que podem ser consideradas como camadas clientes que fazem uso do serviço fornecido pela camada ótica. 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 que a camada óptica forneça 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 óptico, enquanto a seleção é feita por meio de um interruptor óptico 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 a 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.
