Mạng quang - Hướng dẫn nhanh

Suy nghĩ hiện tại về IP qua WDM bằng cách vạch ra một con đường dẫn đến mạng dữ liệu quang, bao gồm nhiều giao thức mạng dữ liệu kết hợp với cơ sở hạ tầng mạng quang trung lập giao thức đang bị thách thức. Hướng dẫn này thảo luận về sự đa dạng của các giao thức mạng dữ liệu và kiến ​​trúc mạng cho mạng dữ liệu quang.

Sự bùng nổ băng thông mở ra bởi sự phổ biến của Internet đã dẫn đến sự thay đổi mô hình trong ngành viễn thông từ các dịch vụ chuyển mạch kênh được tối ưu hóa bằng giọng nói sang các dịch vụ chuyển mạch gói được tối ưu hóa dữ liệu. Ký hiệu hỗ trợ "dữ liệu trực tiếp qua quang học" đã được thúc đẩy bởi lời hứa rằng việc loại bỏ các lớp mạng không cần thiết sẽ dẫn đến giảm đáng kể chi phí và độ phức tạp của mạng.

Theo quan điểm này về các lớp mạng bị thu gọn hoặc bị thu gọn, các hệ thống TDM hiện có như Hệ thống phân cấp kỹ thuật số đồng bộ (SDH) đóng vai trò giảm dần và mạng truyền tải quang nổi lên như một cơ sở hạ tầng truyền tải cơ bản cho "mạng của các mạng".

Internet quang học

Ví dụ, hoạt động của Internet quang học, theo định nghĩa của Diễn đàn kết nối quang học (OIF), là cơ sở hạ tầng mạng được tối ưu hóa dữ liệu, trong đó các bộ chuyển mạch và bộ định tuyến có giao diện quang tích hợp và được kết nối trực tiếp bằng các phần tử mạng cáp quang hoặc sợi quang, chẳng hạn như Bước sóng dày đặc- Bộ ghép kênh phân chia (DWDM).

Tuy nhiên, hiện tại, khái niệm IP trực tiếp qua WDM không chỉ đơn thuần là tiếp thị được ngụy trang khéo léo. Hầu như luôn luôn thay đổi, IP qua WDM là các gói IP được ánh xạ vào SDH, cùng với các hệ thống DWDM điểm-điểm dựa trên SDH. Các phần tử độc lập SDH, thường được gọi là Bộ ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM), không bắt buộc, nhưng SDH vẫn là một phần tử tích hợp của giao diện thiết bị mạng dữ liệu.

Việc ngày càng phụ thuộc vào sự hiện diện của SDH trong các hệ thống DWDM hạn chế sự đổi mới công nghệ. Ví dụ, nó có thể ngăn chặn gói tin qua các ứng dụng cáp quang như Chế độ truyền không đồng bộ (ATM), Gigabit Ethernet (GbE) và 10 GbE qua DWDM. Nó cũng không đưa chúng ta đến gần hơn với việc hiện thực hóa tầm nhìn cuối cùng của mạng giao thông quang học.

So với quan điểm hiện tại về IP qua WDM, có một quan điểm cân bằng hơn về sự phát triển của mạng truyền tải / dữ liệu. Quan điểm cân bằng này dựa trên hai nguyên tắc cơ bản:

• Mỗi mạng dữ liệu là duy nhất, trong một thị trường được điều chỉnh bởi sự khác biệt.

• Mạng truyền tải quang (OTN), với tư cách là "mạng lưới" cơ sở hạ tầng cơ bản nên có khả năng vận chuyển nhiều loại tín hiệu máy khách, không phụ thuộc vào định dạng của chúng.

Cùng với nhau, những nguyên tắc cơ bản này tạo thành nền tảng cho khái niệm về mạng dữ liệu quang.

Các mạng truyền tải dựa trên TDM ngày nay đã được thiết kế để cung cấp mức hiệu suất và độ tin cậy được đảm bảo cho các dịch vụ thoại và dịch vụ dựa trên đường dây chiếm ưu thế. Các công nghệ đã được chứng minh, chẳng hạn như SDH, đã được triển khai rộng rãi, cung cấp khả năng truyền tải dung lượng cao, có thể mở rộng đến tốc độ gigabit trên giây, cho các ứng dụng thoại và kênh thuê riêng. Vòng tự phục hồi SDH cho phép khôi phục mức dịch vụ trong vòng hàng chục mili giây sau khi lỗi mạng. Tất cả các tính năng này đều được hỗ trợ bởi các tiêu chuẩn toàn cầu đã được thiết lập tốt cho phép khả năng tương tác đa vũ trụ ở mức độ cao.

Mạng ngày nay

Trái ngược với các mạng truyền tải dựa trên TDM ngày nay (và ở một mức độ nào đó, với mạng ATM), mạng IP "nỗ lực cao nhất" thường thiếu các phương tiện để đảm bảo độ tin cậy cao và hiệu suất có thể dự đoán được. Dịch vụ nỗ lực tốt nhất được cung cấp bởi hầu hết các mạng IP cũ, với độ trễ không thể đoán trước, chập chờn và mất gói, là cái giá phải trả để đạt được việc sử dụng liên kết tối đa thông qua ghép kênh thống kê. Việc sử dụng liên kết (ví dụ: số lượng người dùng trên một đơn vị băng thông) là một yếu tố quan trọng đáng giá đối với mạng dữ liệu, vì các liên kết thường được thực hiện trên các mạch thuê thông qua mạng truyền tải TDM.

Với bản chất vốn có của lưu lượng dữ liệu, các đường ống băng thông cố định của truyền tải TDM có thể không phải là một giải pháp lý tưởng hiệu quả. Tuy nhiên, sự kém hiệu quả này theo truyền thống được coi là ít quan trọng hơn độ tin cậy của mạng và các tính năng cách ly tắc nghẽn của nhà cung cấp mạng truyền tải dựa trên TDM.

Nhu cầu gia tăng về băng thông cao và các dịch vụ dữ liệu khác biệt hiện đang thách thức mô hình kiến ​​trúc kép của mạng gói truyền tải dựa trên TDM và mạng gói nỗ lực cao nhất. Sẽ không hiệu quả về chi phí khi mở rộng tính hữu dụng của mạng nỗ lực cao nhất bằng cách cung cấp quá mức băng thông mạng và giữ cho mạng được tải nhẹ.

Hơn nữa, cách tiếp cận này không phải lúc nào cũng đạt được hoặc đảm bảo do nhu cầu tăng nhanh và là một vấn đề cụ thể đối với miền truy cập mạng, lĩnh vực nhạy cảm nhất với các hạn chế kinh tế của các cơ sở chưa được sử dụng. Do đó, nói chung, các nhà cung cấp dịch vụ dữ liệu ngày nay không có sự hỗ trợ về cơ sở hạ tầng mạng để cung cấp các đảm bảo dịch vụ khác biệt dành riêng cho khách hàng và các thỏa thuận mức dịch vụ tương ứng.

Mạng thế hệ tiếp theo

Các kiến ​​trúc mạng thế hệ tiếp theo để phát triển hiệu quả về chi phí, đáng tin cậy và có thể mở rộng sẽ sử dụng cả mạng truyền tải và các lớp dịch vụ nâng cao, hoạt động cùng nhau theo kiểu bổ sung và tương hỗ. Các mạng thế hệ tiếp theo này sẽ gia tăng đáng kể và chia sẻ tối đa dung lượng cơ sở hạ tầng mạng xương sống và cung cấp sự khác biệt về dịch vụ tinh vi cho các ứng dụng dữ liệu mới nổi.

Mạng truyền tải cho phép các lớp dịch vụ hoạt động hiệu quả hơn, giải phóng chúng khỏi các ràng buộc của cấu trúc liên kết vật lý để tập trung vào thách thức đủ lớn trong việc đáp ứng các yêu cầu dịch vụ. Do đó, bổ sung cho nhiều cải tiến của lớp dịch vụ, mạng truyền tải quang sẽ cung cấp một lớp thống nhất, tối ưu hóa quản lý băng thông dung lượng cao, độ tin cậy cao và tạo ra cái gọi là giải pháp mạng dữ liệu quang cho các dịch vụ dữ liệu dung lượng cao hơn với chất lượng đảm bảo.

Mạng truyền tải quang: Một góc nhìn thực tế

Các hình ảnh của mạng quang học đã thu hút trí tưởng tượng của các nhà nghiên cứu cũng như các nhà hoạch định mạng, kể từ khi WDM được thương mại hóa nhanh chóng và thành công. Trong tầm nhìn ban đầu của mạng truyền tải quang, một mạng truyền tải linh hoạt, có thể mở rộng và mạnh mẽ xuất hiện, phục vụ cho nhiều loại tín hiệu khách hàng khác nhau với các yêu cầu dịch vụ đa dạng như nhau (tính linh hoạt, khả năng mở rộng và khả năng tồn tại cùng với tốc độ bit và tính độc lập của giao thức).

Lời hứa về một cơ sở hạ tầng giao thông có khả năng đáp ứng tốt nhu cầu băng thông đang phát triển trong thế kỷ mới này, trong đó bước sóng thay thế các khe thời gian làm phương tiện cung cấp truyền tải đáng tin cậy các dịch vụ băng thông cao trên mạng, thực sự là một sự trêu ngươi. Nhưng mạng quang học là gì? Câu trả lời rất khác nhau và trên thực tế đã phát triển trong những năm gần đây. Những nỗ lực ban đầu đối với mạng quang học tập trung vào độ trong suốt quang học và thiết kế các mạng quang học trong suốt trên quy mô toàn cầu.

Giải pháp thực tế

Trong trường hợp không có các giải pháp "toàn quang" khả thi, các giải pháp thực tế hơn cho mạng quang đáp ứng nhu cầu quang điện tử để hỗ trợ tái tạo tín hiệu quang và giám sát hiệu suất tín hiệu quang. Trong cái được gọi là mạng toàn quang, tín hiệu đi qua mạng hoàn toàn trong miền quang, không có hình thức xử lý quang điện tử. Điều này ngụ ý rằng tất cả quá trình xử lý tín hiệu - bao gồm - tái tạo tín hiệu, định tuyến và trao đổi bước sóng - diễn ra hoàn toàn trong miền quang học.

Do những hạn chế của kỹ thuật tương tự (ví dụ: yếu tố hạn chế trong hệ thống kỹ thuật số được thiết kế phù hợp là độ chính xác của việc chuyển đổi dạng sóng bản tin tương tự ban đầu thành dạng kỹ thuật số) và xem xét tình trạng hiện tại của công nghệ xử lý toàn quang , khái niệm về tất cả các mạng quang toàn cầu hoặc thậm chí quốc gia là không thể đạt được trên thực tế.

Đặc biệt, chuyển đổi quang điện tử có thể được yêu cầu trong các phần tử mạng quang học để ngăn chặn sự tích tụ của các suy giảm truyền dẫn - sự suy giảm do các yếu tố này gây ra trong các khu vực phân tán sắc độ và phi tuyến của sợi quang, xếp tầng của các bộ khuếch đại độ lợi phẳng không lý tưởng, nhiễu xuyên âm tín hiệu quang, và thu hẹp phổ truyền dẫn từ các bộ lọc không phẳng theo tầng. Chuyển đổi quang điện tử cũng có thể hỗ trợ trao đổi bước sóng, hiện đang là một tính năng thách thức để thực hiện trong tất cả các miền quang học.

Nói tóm lại, trong trường hợp không có các thiết bị thương mại có thể tái tạo tín hiệu để giảm thiểu sự tích tụ suy giảm và hỗ trợ chuyển đổi bước sóng trong miền toàn quang, một số biện pháp chuyển đổi quang điện tử nên được mong đợi trong các kiến ​​trúc mạng quang thực tế trong thời gian ngắn. Các kiến ​​trúc mạng quang thu được có thể được đặc trưng bởi các mạng con trong suốt về mặt quang học (hoặc toàn bộ quang học), được bao bọc bởi quang điện tử nâng cao về tính năng, như thể hiện trong hình trên.

Tính minh bạch của tín hiệu máy khách

Ngoài kỹ thuật mạng tương tự, các cân nhắc thực tế sẽ tiếp tục chi phối khả năng hiện thực hóa cuối cùng của OTN. Điều quan trọng nhất trong số những cân nhắc này là mong muốn của nhà điều hành mạng về mức độ minh bạch cao của tín hiệu khách hàng trong cơ sở hạ tầng giao thông trong tương lai.

"Tính minh bạch của tín hiệu máy khách" có nghĩa là gì? Cụ thể, đối với tập hợp các tín hiệu khách mong muốn được nhắm mục tiêu để truyền tải trên OTN, các ánh xạ riêng lẻ được xác định để mang các tín hiệu này dưới dạng tải trọng của tín hiệu máy chủ kênh quang (OCh). Các tín hiệu được mong đợi trong OTN bao gồm tín hiệu SDH và PDH kế thừa, và lưu lượng dựa trên gói như Giao thức Internet (IP), ATM, GbE và Ssimple Ddata Llink (SDL). Khi một tín hiệu máy khách đã được ánh xạ thành tín hiệu máy chủ OCh của nó tại sự xâm nhập của OTN, nhà điều hành triển khai một mạng như vậy không cần phải có kiến ​​thức chi tiết về (hoặc truy cập vào) tín hiệu máy khách, cho đến khi nó được ánh xạ ở đầu ra mạng.

Các điểm vào và ra của mạng quang phải phân định miền minh bạch của tín hiệu máy khách OTN. Do đó, yếu tố quan trọng nhất trong việc thực hiện tính minh bạch của tín hiệu máy khách là loại bỏ tất cả các thiết bị và quá trình xử lý dành riêng cho máy khách giữa các điểm vào và ra OTN. May mắn thay, việc chấp nhận thiết bị phụ thuộc vào khách hàng dễ dàng hơn ở đầu vào / đầu ra, vì nó thường được dành riêng trên cơ sở từng dịch vụ.

Kết nối mạng truyền tải quang thông qua gói kỹ thuật số

Việc sử dụng rộng rãi công nghệ DWDM đã đặt ra cho các nhà cung cấp dịch vụ một thách thức mới: làm thế nào để quản lý chi phí hiệu quả số lượng bước sóng ngày càng tăng để cung cấp dịch vụ nhanh chóng, đáng tin cậy cho khách hàng cuối của họ. Để quản lý hiệu quả bước sóng hoặc OChs, yêu cầu các mạng quang hỗ trợ các chức năng hoạt động, quản trị và bảo trì (OAM) theo bước sóng hoặc mức OCh.

ITU (T) Rec. G872 xác định một số chức năng cho OAM cấp OCh được triển khai dưới dạng chi phí chung mà không chỉ định cách thực hiện chi phí chung này. Cho đến nay, cách khả thi duy nhất để hỗ trợ tái tạo tín hiệu và theo dõi, phân tích và quản lý OChs (bước sóng) là dựa vào tín hiệu SDH và thiết bị trên toàn mạng. Điều này yêu cầu các tín hiệu trên mỗi bước sóng trong hệ thống WDM phải được định dạng SDH.

Kênh quang học (bước sóng)

Tận dụng các điểm tái tạo quang điện tử hiện có trong hệ thống DWDM, khái niệm sử dụng công nghệ trình bao bọc kỹ thuật số sẽ cung cấp chức năng và độ tin cậy tương tự như SDH, nhưng đối với bất kỳ tín hiệu máy khách nào, đưa chúng ta tiến gần hơn đến việc hiện thực hóa tầm nhìn ban đầu của mạng truyền tải quang .

Công nghệ trình bao bọc kỹ thuật số cung cấp các chức năng quản lý mạng được nêu trong ITU (T) Rec. G.872 để kích hoạt OTN. Chúng bao gồm giám sát hiệu suất lớp quang học, Hiệu chỉnh lỗi nhanh (FEC), bảo vệ vòng và khôi phục mạng trên cơ sở từng bước sóng, tất cả đều độc lập với định dạng tín hiệu đầu vào như được thể hiện trong hình sau.

Khái niệm sử dụng trình bao bọc kỹ thuật số (hoặc TDM) cho mỗi "xung quanh" máy khách OCh để hỗ trợ chi phí OCh liên quan đến kênh đã được đề xuất gần đây và trên thực tế, đã được chấp nhận làm cơ sở cho định nghĩa OCh. Đề án này sẽ tận dụng nhu cầu tái tạo OCh để bổ sung thêm dung lượng cho máy khách OCh. Tất nhiên, khi chúng ta có một phương tiện để thêm chi phí vào tín hiệu máy khách OCh bằng kỹ thuật số, thì việc sử dụng nó để hỗ trợ tất cả các yêu cầu OAM cấp OCh là rất hợp lý.

Đặc biệt, chi phí kỹ thuật số được thêm vào khiến việc giải quyết vấn đề giám sát hiệu suất chính của OTN gần như trở nên đơn giản, cụ thể là cung cấp quyền truy cập vào Bbit Eerror Rrate (BER) theo cách độc lập với khách hàng. BA và bằng cách tùy chọn sử dụng FEC, phương pháp trình bao bọc kỹ thuật số có thể nâng cao đáng kể hiệu suất BER của tín hiệu máy khách, giảm thiểu hơn nữa yêu cầu chuyển đổi quang điện tử.

Một phương pháp để nâng cao hiệu suất của mạng lưới giao thông là thông qua việc sử dụng FEC, hiện đang được cung cấp trong một số thiết bị. Do đó, một lợi ích bổ sung của kỹ thuật trình bao bọc kỹ thuật số là khả năng tùy chọn hỗ trợ FEC để nâng cao lợi nhuận hệ thống.

Cấu trúc khung OCh

Về mặt chức năng, trọng tải OCh và OAM nên được tách biệt khỏi cơ chế FEC. Điều này cho phép thực hiện tải trọng và kết thúc OAM kết thúc trên toàn mạng, trong khi sử dụng các sơ đồ FEC khác nhau trên các liên kết khác nhau. Một ví dụ rõ ràng về nơi điều này có thể xảy ra là giữa các liên kết tàu ngầm và trên cạn. Trước đây, các mã FEC mới đang được điều tra cho thế hệ hệ thống tiếp theo.

Hình sau Hình dưới đây minh họa cấu trúc khung cơ bản được đề xuất của OCh và các loại chức năng có thể được thực hiện trong cấu trúc khung OCh. Mặc dù có thể lập luận rằng đề xuất này không phù hợp với các mục tiêu dài hạn của tất cả các mạng quang, chúng ta không nên mong đợi nhu cầu tái tạo sẽ biến mất.

Khoảng cách giữa các điểm tái tạo sẽ tiếp tục tăng lên; tuy nhiên, nhu cầu tái tạo tại các điểm phát tín hiệu sẽ vẫn còn. Cùng với việc sử dụng Kênh giám sát quang học (OSC) để quản lý OChs trong các mạng con minh bạch về mặt quang học, trình bao bọc kỹ thuật số sẽ hỗ trợ quản lý đầu cuối của OChs (bước sóng) trên các OTN quốc gia hoặc toàn cầu.

Tái tạo 3R (Định hình lại, Kích thích và Tái tạo) được cung cấp bằng phương tiện chuyển đổi quang thành điện và ngược lại, và đề xuất trình bao bọc kỹ thuật số tận dụng lợi thế này. Liệu hình ảnh có thay đổi nếu khả năng tái tạo 3R toàn bộ quang học không? Nếu tái tạo toàn bộ quang học có khả năng thêm chi phí, đối số là không thay đổi; chỉ việc triển khai trình tái tạo sẽ thay đổi.

Nếu bộ tái tạo quang học không thể thêm chi phí, nhu cầu về chi phí OChs sẽ không biến mất. ; Các bộ tái tạo quang học sau đó sẽ chỉ đơn giản là tăng khoảng cách tiềm năng giữa các điểm tái tạo quang điện tử và trình bao bọc kỹ thuật số sẽ đi qua chúng một cách trong suốt. Các tác động của việc sử dụng các trình bao bọc kỹ thuật số đối với sự phát triển của mạng truyền tải quang có thể rất sâu sắc, đặc biệt là khi xét trong bối cảnh xu hướng mạng dữ liệu.

Lựa chọn ngăn xếp giao thức

Giao thức IP rõ ràng là lớp hội tụ trong các mạng truyền thông dữ liệu ngày nay, và có thể thấy trước rằng nó sẽ mở rộng vai trò này sang các mạng đa dịch vụ trong những năm tới. IP có thể được truyền qua nhiều loại giao thức lớp liên kết dữ liệu và cơ sở hạ tầng mạng cơ bản. Hình sau Hình dưới đây cho thấy một số ngăn xếp giao thức có thể có, hoặc ánh xạ, của IP vào cơ sở hạ tầng mạng WDM.

IP qua WDM là gì?

Các ngăn xếp giao thức có nhãn a, b và d trong Hình trên máy tính sau đây được triển khai phổ biến nhất hiện nay. Họ sử dụng IP cổ điển qua ATM qua ánh xạ SDH như trong Hình (a) ;. gói qua SDH (POS) như trong Hình (b); hoặc IP cổ điển và được mở rộng tốt qua Ethernet như trong Hình (d). Các trường hợp (e) và (f) sử dụng Liên kết Dữ liệu Đơn giản (SDL), một lớp liên kết dữ liệu mới được đề xuất gần đây như một giải pháp thay thế cho POS. Ngăn xếp giao thức có nhãn (c) là một giải pháp thay thế cho trường hợp (a), trong đó lớp SDH trung gian bị loại bỏ và ánh xạ trực tiếp của các ô ATM vào WDM được thực hiện.

Các ngăn xếp giao thức khác nhau này cung cấp các chức năng khác nhau, về chi phí băng thông, khả năng mở rộng tốc độ, quản lý lưu lượng và QOS. Để tuyên bố rằng bất kỳ một ánh xạ cụ thể nào đại diện cho IP qua WDM là cực kỳ khó hiểu.

Sự đa dạng của các giao thức lớp liên kết dữ liệu và ánh xạ IP thành các cơ sở hạ tầng mạng bên dưới khác nhau là một trong những điểm mạnh chính của IP và nó là một đặc tính sẽ không biến mất. Ngược lại, rất có thể ánh xạ giao thức mới, sáng tạo và hiệu quả hơn sẽ được đề xuất cho việc vận chuyển các gói IP. Điều này đã xảy ra đối với các mạng băng thông thấp và độ tin cậy thấp, và cũng sẽ xảy ra đối với các mạng quang băng thông cao và có độ tin cậy cao. Quan điểm này cũng phù hợp với tầm nhìn "mọi thứ trên IP và IP trên mọi thứ".

IP qua WDM, như được định nghĩa ngày nay, áp đặt một cái nhìn hạn chế về các khả năng mà mạng dữ liệu và mạng quang có thể cung cấp. Các ràng buộc, được giới thiệu bởi một ngăn xếp giao thức đơn lẻ và không sử dụng đầy đủ các khả năng kết nối mạng ở lớp quang là rất hạn chế đối với một số ứng dụng mạng.

Các xu hướng mạng được đề cập ở trên yêu cầu một nền tảng mạng quang có thể hỗ trợ nhiều loại ngăn xếp giao thức, kiến ​​trúc mạng và các tùy chọn bảo vệ và khôi phục theo cách độc lập với tín hiệu máy khách. Lựa chọn WDM POS qua điểm-điểm là tốt nhất cho một số ứng dụng mạng trong mạng dữ liệu tốc độ cao, nhưng chắc chắn không phải cho tất cả. Ngoài ra, nền tảng quang được chọn để triển khai và triển khai các mạng dữ liệu trong tương lai này phải đảm bảo rằng các ánh xạ ngăn xếp giao thức mới, không mong đợi có thể dễ dàng được cung cấp và chúng có thể nhận được các tính năng mạng tương tự từ mạng lớp quang mà không cần chuyển đổi giao thức trung gian.

Mạng dữ liệu quang là một cách tiếp cận thay thế không cố gắng làm giảm tính không đồng nhất của ngăn xếp giao thức và kiến ​​trúc mạng, mà khai thác tính không đồng nhất để cung cấp các giải pháp mạng phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể và phân khúc nhà cung cấp mạng. Mạng dữ liệu quang kết hợp các tính năng mạng ở cả lớp dịch vụ và lớp truyền tải.

Thành phần chính của Mạng Dữ liệu Quang học

Sự đa dạng của các ngăn xếp giao thức, được phản ánh trong sự đa dạng của các loại tín hiệu máy khách được hỗ trợ trong OTN, được đáp ứng bằng cách sử dụng các trình bao bọc kỹ thuật số. Việc sử dụng các tính năng mạng quang thực sự cung cấp thêm tính linh hoạt và mạnh mẽ thông qua định tuyến OCh, giám sát lỗi và hiệu suất, bảo vệ và khôi phục, tất cả đều được thực hiện trên cơ sở OCh có chọn lọc. Tất cả các yếu tố này kết hợp với nhau tạo nên một giải pháp mạng mạnh mẽ và linh hoạt, có thể chứng minh được trong tương lai và mở ra cho bất kỳ tầm nhìn cụ thể nào của các nhà cung cấp dịch vụ dữ liệu.

Công nghệ này tiết kiệm chi phí và linh hoạt hơn cho việc nâng cấp dung lượng kênh, thêm / bớt kênh, định tuyến lại và phân phối lưu lượng, hỗ trợ tất cả các loại cấu trúc mạng và hệ thống bảo vệ và đồng bộ hóa. Sau đây là các thành phần chính:

• TP (Bộ chuyển tiếp)
• VOA (Bộ suy giảm quang học biến đổi)
• MUX (Bộ ghép kênh)
• DEMUX (Bộ ghép kênh)
• BA (Bộ khuếch đại tăng cường)
• Dòng (phương tiện OFC)
• LA (Bộ khuếch đại dòng)
• PA (Bộ khuếch đại tiền)
• OSC (Kênh giám sát quang học)

Bộ phát đáp

Thiết bị này là giao diện giữa tín hiệu quang xung rộng STM-n và thiết bị MUX / DEMUX. Tín hiệu quang học này có thể được đặt cùng vị trí hoặc đến từ các phương tiện vật lý khác nhau, các giao thức khác nhau và các loại lưu lượng. Nó chuyển đổi tín hiệu xung rộng thành bước sóng hẹp (điểm hoặc tần số màu) có bậc nano mét (nm) với khoảng cách 1,6 nm; gửi đến MUX.

Theo chiều ngược lại, đầu ra màu từ DEMUX được chuyển đổi thành tín hiệu quang xung rộng. Mức công suất đầu ra là +1 đến –3 dBm theo cả hai hướng. Sự chuyển đổi là Quang thành Điện và Điện thành Quang (O thành E & E thành O) theo phương pháp 2R hoặc 3R.

Trong 2R, tái tạo và tái định hình được thực hiện, trong khi trong 3R, tái tạo, định hình lại và định thời gian lại được thực hiện. TP có thể là màu bước sóng và tốc độ bit phụ thuộc hoặc có thể điều chỉnh được cho cả hai (tốn kém và không được sử dụng). Tuy nhiên, trong 2R, bất kỳ tốc độ bit nào, PDH, STM-4 hoặc STM-16 có thể là tốc độ kênh. Thiết bị có một hạn chế với độ nhạy máy thu và điểm quá tải.

Mặc dù giai đoạn điện trung gian không thể tiếp cận được, các byte trên không của STN-n được sử dụng cho mục đích giám sát. Thiết bị này cũng hỗ trợ hoạt động an toàn quang học (ALS) theo Khuyến nghị G.957 của ITU-T.

Bộ suy giảm quang học biến thiên (VOA)

Đây là một mạng thụ động giống như cần nhấn mạnh trước để điều chỉnh phân bố đồng đều mức tín hiệu trên băng tần EDFA sao cho công suất đầu ra quang kênh riêng lẻ của thiết bị Mux không đổi bất kể số lượng kênh được tải trong hệ thống.

Bộ suy hao quang tương tự như một chiết áp hoặc mạch đơn giản được sử dụng để giảm mức tín hiệu. Ví dụ, bộ suy giảm được sử dụng bất cứ khi nào phải chạy kiểm tra hiệu suất để xem lỗi bit bị ảnh hưởng như thế nào khi thay đổi mức tín hiệu trong liên kết. Một cách là có một thiết lập cơ học chính xác, trong đó tín hiệu quang đi qua một tấm thủy tinh với độ tối khác nhau và sau đó quay trở lại sợi quang, như thể hiện trong hình.

Tấm kính có mật độ màu xám nằm trong khoảng từ 0% ở đầu này đến 100% ở đầu kia. Khi tấm được di chuyển qua khoảng trống, ít nhiều năng lượng ánh sáng được phép đi qua. Loại bộ suy hao này rất chính xác và có thể xử lý bất kỳ bước sóng ánh sáng nào (vì tấm làm suy giảm bất kỳ năng lượng ánh sáng nào bằng cùng một lượng, bất kể bước sóng), nhưng nó đắt tiền về mặt cơ học.

Bộ ghép kênh (MUX) và Bộ phân kênh (De-MUX)

Vì hệ thống DWDM gửi tín hiệu từ một số trạm qua một sợi quang, chúng phải bao gồm một số phương tiện để kết hợp các tín hiệu đến. Điều này được thực hiện với sự trợ giúp của Bộ ghép kênh, lấy các bước sóng quang học từ nhiều sợi quang và hội tụ chúng thành một chùm. Ở đầu nhận, hệ thống phải có khả năng tách các bước sóng truyền của chùm sáng để chúng có thể được phát hiện một cách kín đáo.

Bộ tách kênh thực hiện chức năng này bằng cách tách chùm tia nhận được thành các thành phần bước sóng của nó và ghép chúng thành các sợi riêng lẻ.

Bộ ghép kênh và Bộ phân kênh có thể thụ động hoặc chủ động trong thiết kế. Thiết kế thụ động sử dụng lăng kính, cách tử nhiễu xạ hoặc bộ lọc trong khi thiết kế chủ động kết hợp thiết bị thụ động với bộ lọc có thể điều chỉnh.

Những thách thức chính trong các thiết bị này là giảm thiểu nhiễu xuyên âm và tối đa hóa khả năng tách kênh (sự chênh lệch bước sóng giữa hai kênh liền kề). Nhiễu xuyên âm là thước đo mức độ tách biệt của các kênh, trong khi phân tách kênh đề cập đến khả năng phân biệt từng bước sóng.

Các loại bộ ghép kênh / bộ phân kênh

Loại lăng kính

Một hình thức đơn giản của việc ghép kênh hoặc phân kênh các bước sóng có thể được thực hiện bằng lăng kính.

Một chùm ánh sáng đa sắc song song chiếu vào bề mặt lăng kính và mỗi bước sóng thành phần bị khúc xạ khác nhau. Đây làrainbow effect. Trong ánh sáng đầu ra, mỗi bước sóng cách nhau một góc. Sau đó, một thấu kính hội tụ từng bước sóng đến điểm mà nó cần đi vào một sợi quang. Các thành phần có thể được sử dụng ngược lại để ghép các bước sóng khác nhau trên một sợi quang.

Loại lưới nhiễu xạ

Một công nghệ khác dựa trên nguyên lý nhiễu xạ và giao thoa quang học. Khi một nguồn sáng đa sắc tác động vào cách tử nhiễu xạ, mỗi bước sóng bị nhiễu xạ theo một góc khác nhau và do đó đến một điểm khác trong không gian. Sử dụng một thấu kính, các bước sóng này có thể được hội tụ đến từng sợi, như thể hiện trong hình sau.Bragg grating, là một thành phần thụ động đơn giản, có thể được sử dụng như gương chọn lọc bước sóng và được sử dụng rộng rãi để thêm và thả kênh trong hệ thống DWDM.

Cách tử Braggs được thực hiện bằng cách sử dụng chùm tia laze cực tím để chiếu sáng lõi của sợi quang đơn mode thông qua mặt nạ pha. Sợi được pha tạp với phốt pho, germani hoặc bo để làm cho nó nhạy cảm. Sau khi ánh sáng đi qua mặt nạ, một mô hình rìa được tạo ra, được "in" vào sợi. Điều này tạo ra một sự điều biến tuần hoàn vĩnh viễn chiết suất của thủy tinh lõi sợi. Cách tử hoàn thành phản xạ ánh sáng ở bước sóng Bragg (bằng hai lần khoảng cách quang học giữa các vùng chỉ số cao và thấp) và truyền tất cả các bước sóng khác.

Có thể điều chỉnh Bragg Grating

Cách tử sợi Bragg có thể được dán vào một phần tử áp điện. Bằng cách đặt một hiệu điện thế vào phần tử, phần tử giãn ra để cách tử bị kéo dài và bước sóng Bragg chuyển sang bước sóng dài hơn. Các thiết bị hiện nay có thể cung cấp dải điều chỉnh 2 nm cho đầu vào 150v.

Lưới dẫn sóng có mảng

Máng ống dẫn sóng (AWG) cũng dựa trên nguyên lý nhiễu xạ. Thiết bị AWG, đôi khi được gọi là bộ định tuyến ống dẫn sóng quang hoặc bộ định tuyến cách tử ống dẫn sóng, bao gồm một mảng ống dẫn sóng kênh cong với sự chênh lệch cố định về độ dài đường dẫn giữa các kênh liền kề. Các ống dẫn sóng được kết nối với các hốc ở đầu vào và đầu ra.

Bộ ghép kênh quang học

Khi ánh sáng đi vào khoang đầu vào, nó bị nhiễu xạ và đi vào mảng dẫn sóng. Do đó, sự khác biệt về độ dài quang học của mỗi đường dẫn sóng tạo ra độ trễ pha trong khoang đầu ra, nơi một mảng sợi được ghép nối. Quá trình dẫn đến các bước sóng khác nhau có nhiễu cực đại tại các vị trí khác nhau, tương ứng với các cổng đầu ra.

Bộ lọc nhiễu đa lớp

Một công nghệ khác sử dụng các bộ lọc nhiễu trong các thiết bị được gọi là bộ lọc màng mỏng hoặc bộ lọc nhiễu đa lớp. Bằng cách định vị các bộ lọc, bao gồm các màng mỏng trong đường quang học, bước sóng có thể được phân kênh. Đặc tính của mỗi bộ lọc là nó truyền một bước sóng trong khi phản xạ những bước sóng khác. Bằng cách phân tầng các thiết bị này, nhiều bước sóng có thể được phân kênh.

Các bộ lọc mang lại sự ổn định và cách ly tốt giữa các kênh với chi phí vừa phải, nhưng có suy hao chèn cao (AWG thể hiện phản ứng quang phổ phẳng và suy hao chèn thấp). Hạn chế chính của bộ lọc là chúng nhạy cảm với nhiệt độ và có thể không được sử dụng thực tế trong mọi môi trường. Tuy nhiên, ưu điểm lớn của chúng là chúng có thể được thiết kế để thực hiện đồng thời các hoạt động ghép kênh và phân kênh.

Loại khớp nối của OM

Khớp nối OM là một bề mặt tương tác với hai hoặc nhiều sợi hàn với nhau. Nói chung, nó được sử dụng cho OM, và nguyên lý hoạt động của nó được minh họa trong hình sau.

Bộ ghép nối OM chỉ có thể thực hiện chức năng ghép kênh với chi phí chế tạo thấp. Thiếu sót của nó là độ hao hụt chèn cao. Hiện tại, OM được sử dụng trong thiết bị DWDM của ZTWE sử dụng khớp nối OM. OD thông qua các thành phần AWG.

Bộ khuếch đại tăng cường (Bộ khuếch đại quang học)

Do sự suy giảm, có những giới hạn về thời gian một đoạn sợi quang có thể truyền tín hiệu một cách toàn vẹn, trước khi nó phải được tái tạo. Trước khi có sự xuất hiện của Bộ khuếch đại quang (OA), phải có một bộ lặp cho mọi tín hiệu được truyền đi. OA đã làm cho nó có thể khuếch đại tất cả các bước sóng cùng một lúc và không cần chuyển đổi Quang-Điện-Quang (OEO). Bên cạnh việc được sử dụng trong các liên kết quang (như bộ lặp), bộ khuếch đại quang cũng có thể được sử dụng để tăng công suất tín hiệu sau khi ghép kênh hoặc trước khi phân kênh.

Các loại bộ khuếch đại quang học

Trong mọi tuyến quang học, bộ khuếch đại quang học được sử dụng làm bộ lặp ở chế độ đơn giản. Một sợi được sử dụng trong đường dẫn gửi và sợi thứ hai được sử dụng trong đường trở lại. Các bộ khuếch đại quang học mới nhất sẽ hoạt động theo hai hướng cùng một lúc. Chúng ta thậm chí có thể sử dụng cùng một bước sóng theo hai hướng, miễn là sử dụng hai tốc độ bit khác nhau. Do đó, một sợi quang duy nhất có thể được sử dụng cho hoạt động song công.

Bộ khuếch đại quang cũng phải có đủ băng thông để truyền một loạt tín hiệu hoạt động ở các bước sóng khác nhau. Ví dụ, một SLA có băng thông phổ 40 nm, có thể xử lý khoảng mười tín hiệu quang học.

Trong hệ thống 565 mb / s, đối với liên kết quang 500 km, cần có năm bộ khuếch đại quang SLA, đặt cách nhau 83 km. Mỗi bộ khuếch đại cung cấp mức tăng khoảng 12 dB, nhưng cũng tạo ra tiếng ồn cho hệ thống (BER là 10-9.)

Bộ khuếch đại SLA có những nhược điểm sau:

• Nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ
• Nhạy cảm với sự thay đổi điện áp cung cấp
• Nhạy cảm với rung động cơ học
• Unreliable
• Dễ bị xuyên âm

Bộ khuếch đại sợi quang pha tạp Erbium (EDFA)

Trong hệ thống DWDM, EDFA được sử dụng. Erbium là một nguyên tố đất hiếm, khi bị kích thích, phát ra ánh sáng xung quanh 1,54 micromet, là bước sóng suy hao thấp đối với sợi quang được sử dụng trong DWDM. Một tín hiệu yếu đi vào sợi pha tạp erbium, vào đó ánh sáng ở bước sóng 980 nm hoặc 1480 nm được đưa vào bằng tia laser bơm.

Ánh sáng được đưa vào kích thích các nguyên tử erbium giải phóng năng lượng dự trữ của chúng dưới dạng ánh sáng 1550 nm bổ sung. Tín hiệu phát triển mạnh mẽ. Sự phát xạ tự phát trong EDFA cũng bổ sung thêm hình ảnh nhiễu của EDFA. EDFA có băng thông điển hình là 100 nm và cần thiết ở khoảng cách 80-120 km dọc theo tuyến quang.

EDFA cũng bị ảnh hưởng được gọi là four-wave-mixingdo sự tương tác phi tuyến tính giữa các kênh lân cận. Do đó, việc tăng công suất bộ khuếch đại để tăng khoảng cách giữa các bộ lặp dẫn đến nhiều nhiễu xuyên âm hơn.

Bộ khuếch đại Raman

Việc sử dụng các bộ khuếch đại SLA và EDFA trong WDM bị hạn chế như đã mô tả và, các hệ thống WDM hiện đại đang chuyển sang Khuếch đại Raman, có băng thông khoảng 300 nm. Ở đây, tia laser bơm nằm ở đầu nhận của sợi quang. Nhiễu xuyên âm và nhiễu được giảm đáng kể. Tuy nhiên, việc khuếch đại Raman đòi hỏi phải sử dụng tia laser bơm cao.

Sự phân tán trong sợi thực sự giúp giảm thiểu hiệu ứng “trộn bốn sóng”. Thật không may, các liên kết quang thời kỳ đầu thường sử dụng sợi quang phân tán bằng không với nỗ lực giảm thiểu sự phân tán trong khoảng cách xa, khi những sợi tương tự này được nâng cấp để mang tín hiệu WDM; chúng không phải là phương tiện lý tưởng cho tín hiệu quang băng rộng.

Các sợi chế độ đơn đặc biệt đang được phát triển để sử dụng WDM. Chúng có các phân đoạn xen kẽ của các sợi phân tán âm và dương, do đó, tổng độ phân tán cộng lại bằng không. Tuy nhiên, các phân đoạn riêng lẻ cung cấp sự phân tán để ngăn chặn sự trộn lẫn bốn sóng.

Bộ khuếch đại dòng

Nó là một bộ khuếch đại EDFA hai tầng bao gồm Bộ khuếch đại tiền (PA) và Bộ khuếch đại tăng cường (BA). Nếu không có hai giai đoạn, không thể khuếch đại tín hiệu lên đến 33 dB trên nguyên tắc EDFA (để tránh nhiễu do phát xạ tự phát). Bộ khuếch đại đường truyền (LA) bù lại tổn thất đường truyền là 22 dB hoặc 33 dB tương ứng đối với các hệ thống đường dài và rất dài. Nó hoàn toàn là một thiết bị sân khấu quang học.

Phương tiện truyền thông Line (OFC)

Đây là phương tiện cáp quang mà tín hiệu DWDM truyền qua đó. Suy hao và phân tán là các yếu tố hạn chế chính xác định khoảng cách truyền, dung lượng tốc độ bit, v.v. Thông thường, 22dB và 33dB được coi là suy hao đường truyền đối với độ dài bước sóng của hệ thống đường dài và đường dài tương ứng.

Bước sóng đường rất dài có thể là 120 km mà không cần bộ lặp (LA). Tuy nhiên, với một số bộ lặp xếp tầng, chiều dài có thể lên đến 600 km, có thể tăng lên đến 1200 km bằng cách sử dụng mô-đun bù phân tán. Sau một khoảng cách như vậy, nó cần tái tạo trong giai đoạn điện thay vì bộ lặp chỉ trong giai đoạn quang học.

Bộ tiền khuếch đại (PA)

Bộ khuếch đại này một mình được sử dụng ở đầu cuối để giao tiếp với DEMUX và đường nhận tín hiệu đến từ trạm ở xa. Do đó, tín hiệu đường truyền suy giảm được khuếch đại lên mức từ +3 dBm đến 10 dBm trước khi đưa vào thiết bị DEMUX.

Kênh giám sát quang học

Chức năng truyền dữ liệu bổ sung (2 mbps: EOW, dữ liệu cụ thể của người dùng, v.v. qua giao diện) ở bước sóng riêng biệt (1480 nm theo Khuyến nghị G-692 của ITU-T) của mức quang học thấp hơn mà không có bất kỳ cung cấp an toàn quang học nào, đi kèm với và độc lập với tín hiệu lưu lượng quang STM-n chính, được thực hiện bởi OSC. EOW (0,3 đến 3,4 KHz) cho kênh chọn lọc và đa kênh là 64 kbps ở mã PCM 8-bit.

Kênh giám sát quang học (OSC) giúp điều khiển và giám sát các thiết bị đường truyền quang cũng như quản lý vị trí lỗi, cấu hình, hiệu suất và bảo mật được thực hiện bằng LCT.

Trong chương này, chúng ta sẽ thảo luận về các thành phần khác nhau của thiết bị quang học.

Bộ cách ly

Bộ cách ly là một thiết bị không tương hỗ cho phép ánh sáng truyền dọc theo sợi quang theo một hướng và cung cấp độ suy giảm rất cao theo hướng ngược lại. Bộ cách ly là cần thiết trong hệ thống quang học để ngăn chặn các phản xạ không mong muốn, đi xuống sợi quang và làm gián đoạn hoạt động của tia laser (tạo ra tiếng ồn). Trong sản xuất bộ cách ly “Faradays Effect”Được sử dụng, phụ thuộc vào phân cực.

Bộ cách ly được chế tạo bằng bộ phân cực quang học, bộ phân tích và bộ quay Faradays. Tín hiệu quang đi qua bộ phân cực, được định hướng song song với trạng thái phân cực tới. Rotator Faradays sẽ xoay 45 độ phân cực của tín hiệu quang học.

Sau đó, tín hiệu đi qua bộ phân tích, được định hướng 45 độ so với bộ phân cực đầu vào. Bộ cách ly truyền tín hiệu quang từ trái sang phải và thay đổi độ phân cực của nó 45 độ và tạo ra suy hao khoảng 2 dB.

Máy tuần hoàn

Bộ tuần hoàn là thiết bị vi quang và có thể được sử dụng với bất kỳ số lượng cổng nào, tuy nhiên, bộ tuần hoàn 3 cổng / 4 cổng thường được sử dụng. Nó có mức suy hao tương đối thấp từ 0,5 dB đến 1,5 dB từ cổng đến cổng.

Chức năng cơ bản của máy tuần hoàn được thể hiện trong hình trên. Ánh sáng đi vào bất kỳ cổng cụ thể nào (ví dụ cổng 1) di chuyển xung quanh bộ lưu thông và đi ra ở cổng tiếp theo (ví dụ cổng 2). Ánh sáng đi vào cổng 2 rời khỏi cổng 3, v.v. Thiết bị hoạt động đối xứng xung quanh một vòng tròn. Bộ tuần hoàn là thiết bị vi quang và có thể được thực hiện với bất kỳ số lượng cổng nào. Tuy nhiên, các bộ lưu thông 3 và 4 cổng rất phổ biến. Máy tuần hoàn có tổn thất rất thấp. Suy hao từ cổng đến cổng điển hình là khoảng 0,5 đến 1,5 db.

Bộ tách và bộ ghép

Bộ ghép và bộ tách được sử dụng để kết hợp tín hiệu quang và / hoặc tách tín hiệu quang. Phần lớn các bộ ghép quang đơn mode sử dụng nguyên tắc ghép cộng hưởng. Hai lõi sợi SM được đặt song song và gần nhau. Công suất quang truyền từ lõi này sang lõi khác và ngược lại bằng cảm ứng sóng điện từ. Khớp nối nguồn phụ thuộc vào chiều dài của phần khớp nối.

Ba đặc điểm quan trọng là -

• Return Loss - Lượng điện năng phản xạ và mất mát.

• Insertion Loss - Lượng tín hiệu bị mất trong quá trình truyền toàn bộ qua một thiết bị.

• Excess Loss - Tổn thất bổ sung của một thiết bị trên tổn thất lý thuyết.

Các loại ghép nối

• Bộ ghép Y
• Bộ ghép dấu sao
  • Sợi hợp nhất
  • Đĩa trộn
  • Planar (không gian trống)
  • Bộ ghép 3 dB
• Bộ tách tia

Bộ lọc

Bộ lọc được sử dụng để chọn tín hiệu trong đường truyền và bộ thu từ nhiều tín hiệu. Lưới là bộ lọc. Bộ chuyển mạch, bộ điều biến, AWG, bộ ghép kênh, v.v. được coi là các loại bộ lọc.

Sau đây là các loại bộ lọc -

• Fabry-Perot
• Bộ lọc có thể điều chỉnh
• Bộ lọc lưới Bragg trong sợi

Bộ lọc được sử dụng trước đèn LED để thu hẹp chiều rộng đường truyền trước khi truyền. Bộ lọc sẽ rất hữu ích trong mạng WDM cho -

• Một bộ lọc đặt phía trước một máy thu không mạch lạc có thể được sử dụng để chọn một tín hiệu cụ thể từ nhiều tín hiệu đến.

• Mạng WDM được đề xuất sử dụng các bộ lọc để kiểm soát tín hiệu sẽ đi qua đường dẫn nào qua mạng.

Sợi Bragg Gratings là bộ lọc quang học quan trọng nhất trong thế giới truyền thông.

Bộ điều chế

Bộ điều biến bao gồm một vật liệu thay đổi tính chất quang học của nó dưới tác động của điện trường hoặc từ trường. Nói chung, ba cách tiếp cận được sử dụng:

• Hiệu ứng quang điện và quang điện từ
• Hiệu ứng hấp thụ điện
• Bộ điều biến âm thanh

Do dao động cơ học Ref. Chỉ số thay đổi vật liệu. Bộ điều biến âm thanh sử dụng âm thanh tần số rất cao. Bằng cách kiểm soát cường độ âm thanh, chúng ta có thể kiểm soát lượng ánh sáng bị lệch và do đó, tạo ra một bộ điều biến.

Sau đây là một số ưu điểm của nó -

• Chúng có thể xử lý công suất khá cao.

• Lượng ánh sáng khúc xạ tỉ lệ thuận với cường độ sóng âm.

• Chúng có thể điều chỉnh các bước sóng khác nhau cùng một lúc.

ADM quang học

Một bộ lọc quang học được sử dụng để cô lập hoặc giảm bước sóng mong muốn khỏi nhiều bước sóng đến trên sợi quang. Khi bước sóng bị giảm, một kênh khác sử dụng cùng bước sóng có thể được thêm vào hoặc chèn vào sợi quang, khi nó rời khỏi OADM.

Một ADM đơn giản chỉ có 4 kênh đầu vào và đầu ra, mỗi kênh có bốn bước sóng. Trong OADM, các bước sóng có thể được khuếch đại, cân bằng hoặc được xử lý thêm. OADM sắp xếp các bước sóng từ sợi quang đầu vào đến sợi quang đầu ra bằng cách sử dụng kết nối chéo quang.

Kết nối chéo quang học

Một kết nối x quang có thể lấy bốn sợi đầu vào, mỗi sợi mang bốn bước sóng và sắp xếp lại 16 bước sóng, trên bốn sợi đầu ra. Một bộ phát đáp đơn giản bên trong OXC sẽ xáo trộn một trong các bước sóng sang một kênh có sẵn.

Lưu lượng viễn thông tiếp tục phát triển với tốc độ rất nhanh. Điều này được đẩy nhanh nhờ khối lượng dữ liệu và lưu lượng di động ngày càng tăng, đặc biệt là ở Ấn Độ, thông qua việc tự do hóa thị trường viễn thông gần đây. Một giải pháp có thể được áp dụng để đáp ứng các yêu cầu lưu lượng ngày càng tăng dựa trên sự kết hợp của các công nghệ truyền tải WDM, SDH và IP.

Ghép kênh phân chia theo bước sóng được sử dụng để ghép nhiều kênh bước sóng trên một sợi sợi đơn, do đó khắc phục được tình trạng tắc nghẽn sợi quang. Công nghệ SDH cung cấp mức độ chi tiết về dung lượng mà khách hàng yêu cầu hiện nay và cung cấp khả năng bảo vệ các dịch vụ này trước sự cố mất mạng. Mạng truyền tải IP-over-WDM có thể cung cấp dịch vụ truyền tải Internet dung lượng cao cho Nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP).

Hệ thống phân cấp kỹ thuật số đồng bộ

Mạng phân cấp kỹ thuật số đồng bộ (SDH) đã thay thế PDH và có một số ưu điểm chính.

• Các khuyến nghị của ITU G.707, G.708 và G.709 cung cấp cơ sở cho mạng toàn cầu.

• Mạng được hưởng lợi từ khả năng phục hồi lưu lượng để giảm thiểu tổn thất lưu lượng trong trường hợp đứt cáp quang hoặc lỗi thiết bị.

• Công nghệ giám sát tích hợp cho phép cấu hình và xử lý sự cố mạng từ xa.

• Công nghệ linh hoạt cho phép tiếp cận sông nhánh ở bất kỳ cấp độ nào.

• Công nghệ bằng chứng trong tương lai cho phép tốc độ bit nhanh hơn khi công nghệ tiến bộ.

Mạng PDH của Châu Âu không thể giao tiếp với các mạng của Hoa Kỳ, mạng SDH có thể mang cả hai loại. Hình trên cho thấy các mạng PDH khác nhau so sánh như thế nào và tín hiệu nào có thể được truyền qua mạng SDH.

SDH - Cấu trúc liên kết mạng

Hệ thống đường truyền là hệ thống cấu trúc liên kết mạng PDH. Lưu lượng truy cập chỉ được thêm và giảm ở các điểm cuối của mạng. Các nút đầu cuối được sử dụng ở cuối mạng để thêm và giảm lưu lượng.

Hệ thống đường dây

Trong bất kỳ mạng SDH nào, có thể sử dụng một nút được gọi là regenerator. Nút này nhận tín hiệu SDH bậc cao và truyền lại nó. Không thể truy cập lưu lượng theo thứ tự thấp hơn từ bộ tái tạo và chúng chỉ được sử dụng để bao phủ khoảng cách xa giữa các vị trí, trong đó khoảng cách có nghĩa là nguồn điện nhận được sẽ quá thấp để mang lưu lượng truy cập.

Hệ thống chuông

Một hệ thống vòng bao gồm một số hỗn hợp thêm / thả (ADM) được kết nối trong một cấu hình vòng. Lưu lượng truy cập có thể được truy cập tại bất kỳ ADM nào xung quanh vòng và cũng có thể lưu lượng truy cập bị giảm tại một số nút cho mục đích quảng bá. Mạng vòng có lợi ích là cung cấp khả năng phục hồi lưu lượng, nếu có đứt cáp quang thì lưu lượng sẽ không bị mất. Khả năng phục hồi của mạng được thảo luận chi tiết trong chương tiếp theo.

Đồng bộ hóa mạng SDH

Trong khi mạng PDH không được đồng bộ hóa tập trung, mạng SDH (do đó, có tên là phân cấp kỹ thuật số đồng bộ). Một nơi nào đó trên mạng của nhà điều hành sẽ là nguồn tham khảo chính. Nguồn này được phân phối xung quanh mạng qua mạng SDH hoặc qua mạng đồng bộ hóa riêng biệt.

Mỗi nút có thể chuyển sang các nguồn dự phòng, nếu nguồn chính không khả dụng. Các mức chất lượng khác nhau được xác định và nút sẽ chuyển sang nguồn chất lượng tốt nhất tiếp theo mà nó có thể tìm thấy. Trong trường hợp nút sử dụng định thời dòng đến, byte S1 trong tiêu đề MS được sử dụng để biểu thị chất lượng của nguồn.

Nguồn chất lượng thấp nhất có sẵn cho một nút thường là bộ dao động bên trong của nó. Trong trường hợp một nút chuyển sang nguồn đồng hồ bên trong của chính nó, điều này phải được khắc phục càng sớm càng tốt, vì nút có thể bắt đầu tạo ra lỗi theo thời gian.

Điều quan trọng là chiến lược đồng bộ hóa cho một mạng phải được lên kế hoạch cẩn thận. Nếu tất cả các nút trong mạng cố gắng đồng bộ hóa với hàng xóm của nó ở cùng một phía, bạn sẽ nhận được một hiệu ứng được gọi làtiming loop, như trong hình trên. Mạng này sẽ nhanh chóng bắt đầu tạo ra lỗi khi mỗi nút cố gắng đồng bộ hóa với nhau.

Hệ thống phân cấp SDH

Hình dưới đây cho thấy cách cấu tạo của payload và nó không đáng sợ như lúc đầu.

WDM là một công nghệ cho phép các tín hiệu quang khác nhau được truyền qua một sợi quang duy nhất. Nguyên tắc của nó về cơ bản giống như ghép kênh phân chia theo tần số (FDM). Đó là, một số tín hiệu được truyền bằng các sóng mang khác nhau, chiếm các phần không chồng chéo của phổ tần số. Trong trường hợp WDM, dải phổ được sử dụng nằm trong vùng 1300 hoặc 1550 nm, là hai cửa sổ bước sóng mà tại đó sợi quang có mức suy hao tín hiệu rất thấp.

Ban đầu, mỗi cửa sổ được sử dụng để truyền một tín hiệu kỹ thuật số duy nhất. Với sự tiên tiến của các thành phần quang học, chẳng hạn như laser phản hồi phân tán (DFB), Bộ khuếch đại sợi quang pha tạp Erbium (EDFA) và bộ dò tìm ảnh, người ta sớm nhận ra rằng mỗi cửa sổ truyền trên thực tế có thể được sử dụng bởi một số tín hiệu quang, mỗi tín hiệu chiếm một lực kéo nhỏ của cửa sổ tổng bước sóng có sẵn.

Trên thực tế, số lượng tín hiệu quang được ghép trong một cửa sổ chỉ bị giới hạn bởi độ chính xác của các thành phần này. Với công nghệ hiện tại, hơn 100 kênh quang có thể được ghép thành một sợi quang duy nhất. Công nghệ này sau đó được đặt tên là WDM dày đặc (DWDM).

WDM ở Long Haul

Năm 1995, các hãng vận tải đường dài ở Hoa Kỳ bắt đầu triển khai hệ thống truyền dẫn WDM điểm-điểm để nâng cấp dung lượng mạng của họ đồng thời tận dụng cơ sở hạ tầng cáp quang hiện có của họ. Kể từ đó, WDM cũng đã chiếm lĩnh thị trường đường dài như vũ bão. Công nghệ WDM cho phép đối phó với các yêu cầu dung lượng ngày càng tăng trong khi trì hoãn việc cạn kiệt chất xơ và tăng tính linh hoạt cho việc nâng cấp dung lượng.

Tuy nhiên, trình điều khiển phổ biến nhất là lợi thế về chi phí của giải pháp WDM so với các giải pháp cạnh tranh, chẳng hạn như Ghép kênh phân chia theo không gian (SDM) hoặc Ghép kênh phân chia theo thời gian nâng cao (TDM) để nâng cấp dung lượng mạng. Giải pháp WDM "mở", được minh họa trong hình sau sử dụng các bộ phát đáp trong bộ ghép kênh đầu cuối WDM (TM) và bộ khuếch đại quang nội tuyến được chia sẻ bởi nhiều kênh bước sóng.

Bộ phát đáp về bản chất là một bộ chuyển đổi quang điện (O / E / O) 3R, chuyển đổi tín hiệu quang tuân thủ tiêu chuẩn G.957 thành một kênh bước sóng thích hợp (và ngược lại) trong khi cấp nguồn, định hình lại và kích hoạt lại tín hiệu bằng điện . Giải pháp SDM sử dụng song song nhiều cặp sợi quang, mỗi cặp được trang bị bộ tái tạo SDH thay vì nhiều bước sóng chia sẻ cùng một bộ khuếch đại quang nội tuyến. Nâng cấp lên tốc độ TDM cao hơn (ví dụ: từ 2,5 Gb / s STM-16 lên 10 Gb / s STM-64) chỉ là một giải pháp ngắn hạn vì các suy giảm về đường truyền như phân tán không mở rộng quy mô tốt khi tăng tốc độ TDM, đặc biệt là trên tiêu chuẩn sợi đơn mode.

Một nghiên cứu điển hình đã chứng minh rằng hệ thống WDM điểm-điểm đường dài rõ ràng là một giải pháp hiệu quả hơn về chi phí so với SDM, ngay cả đối với ba kênh của STM-16. Hình trên minh họa hai so sánh chi phí liên kết cho lõi ban đầu của mạng lưới giao thông bao gồm 5000 km cáp quang với khoảng cách trung bình 300 km giữa hai thành phố truy cập. Lưu ý rằng điểm tham chiếu chi phí 100 phần trăm trong hình trên tương ứng với chi phí triển khai một kênh STM-16, bao gồm cả chi phí cáp quang. Hai kết luận có thể được rút ra từ hình trên.

Như thể hiện trong hình sau, nếu chỉ xem xét chi phí thiết bị truyền và tái tạo (tức là bộ tái tạo SDH trong trường hợp SDM và WDM TM với bộ phát đáp với bộ khuếch đại quang nội tuyến trong trường hợp WDM), thì chi phí liên kết ban đầu của việc sử dụng công nghệ WDM cao hơn gấp đôi so với SDH. Tuy nhiên, giải pháp WDM tiết kiệm chi phí hơn cho việc triển khai ba kênh trở lên trong mạng, vì sử dụng chung bộ khuếch đại quang nội tuyến.

Như trong hình sau, nếu ngoài yếu tố trên, chi phí sợi quang cũng được xem xét, thì lợi thế về chi phí của trường hợp WDM càng trở nên rõ ràng và được khuếch đại khi số lượng kênh tăng lên. Giải pháp WDM tiết kiệm chi phí hơn cho việc triển khai ba kênh và hơn thế nữa trong mạng.

WDM trong thời gian ngắn

Máy phát điện không cần thiết và sự suy giảm quang học ít ảnh hưởng hơn do khoảng cách hạn chế trong mạng đường ngắn, do đó lợi ích của WDM kém rõ ràng hơn so với các giải pháp SDM hoặc TDM nâng cao. Tuy nhiên, tình trạng cạn kiệt sợi quang và các thành phần quang học chi phí thấp hiện đang thúc đẩy WDM ở khu vực đô thị.

Ứng dụng đường ngắn liên quan đến sự kết nối giữa nhiều Điểm hiện diện (POP) trong cùng một thành phố. Chúng ta hãy xem xét một ví dụ. Hình dưới đây cho thấy mạng lưới giao thông có ít nhất hai POP cho mỗi thành phố, nơi các khách hàng có thể kết nối với nhau. Với các kỹ thuật kết nối nút kép, chẳng hạn như thả và tiếp tục, các mạng khách hàng có thể được kết nối với nhau với mạng truyền tải thông qua hai POP khác nhau.

Điều này dẫn đến một kiến ​​trúc rất an toàn, thậm chí có thể tồn tại các lỗi POP mà không có bất kỳ tác động nào về lưu lượng. Do đó, luồng giao thông giữa hai POP trong một thành phố không chỉ bao gồm lưu lượng đi qua thành phố, mà còn bao gồm cả lưu lượng được kết thúc trong thành phố và được bảo vệ bằng cách sử dụng Drop và Continue. Những yêu cầu về năng lực nội thành tăng cao này đã dẫn đến việc triển khai WDM trong đoạn đường ngắn của mạng lưới giao thông.

Lý do chính khiến WDM được ưa chuộng hơn SDM là do các sợi quang trong thành phố phải được thuê từ bên thứ ba hoặc phải xây dựng mạng cáp quang. Cho thuê hoặc xây dựng cáp quang thành phố không chỉ là một quá trình tốn kém mà còn là một cách tiếp cận kém linh hoạt hơn để nâng cấp công suất. Trong một môi trường năng động, nơi phân phối lưu lượng và khối lượng phát triển nhanh chóng, số lượng cáp quang được cho thuê hoặc xây dựng khó có thể dự đoán trước. Do đó, sử dụng công nghệ WDM có ưu điểm linh hoạt rõ ràng vì các kênh bước sóng có thể được kích hoạt trong thời gian rất ngắn.

Mặc dù các hệ thống WDM đường ngắn cụ thể đã có sẵn trên thế giới, nhưng việc sử dụng cùng một loại hệ thống WDM cho mạng đường dài sẽ có lợi. Trong khi các hệ thống WDM đường ngắn ít tốn kém hơn so với các hệ thống đường dài và do có thể sử dụng các thành phần quang học giá rẻ, chúng dẫn đến một mạng không đồng nhất, không được ưa thích vì một số lý do. Thứ nhất, việc sử dụng hai hệ thống khác nhau dẫn đến tăng chi phí quản lý và vận hành. Ví dụ, một mạng không đồng nhất yêu cầu nhiều bộ phận thiết bị thay thế hơn một mạng đồng nhất. Thứ hai, việc liên kết giữa hai hệ thống khác nhau có thể gây ra vấn đề. Ví dụ, tắc nghẽn có thể xảy ra vì hệ thống WDM đường ngắn thường hỗ trợ ít bước sóng hơn hệ thống WDM đường dài.

Kiến trúc mạng truyền thông quang

Mạng truyền tải quang (OTN), như thể hiện trong hình sau, đại diện cho một bước tiếp theo tự nhiên trong sự phát triển của mạng vận tải. Từ quan điểm kiến ​​trúc cấp cao, người ta sẽ không mong đợi các kiến ​​trúc OTN khác biệt đáng kể so với các kiến ​​trúc của SDH. Tuy nhiên, thực tế là SDH liên quan đến kỹ thuật mạng kỹ thuật số và OTN liên quan đến kỹ thuật mạng tương tự dẫn đến một số khác biệt đáng kể, nếu tinh tế. Khám phá những điểm khác biệt này giúp chúng ta hiểu được các khía cạnh của OTN có khả năng khác với các đối tác SDH của chúng.

Kiến trúc WDM OTN đang phát triển (bao gồm cấu trúc liên kết mạng và sơ đồ khả năng tồn tại) sẽ gần giống - nếu không phải là phản chiếu - những kiến ​​trúc dành cho mạng SDH TDM. Tuy nhiên, điều này sẽ gây ngạc nhiên vì cả SDH và OTN đều là các mạng ghép kênh hướng kết nối. Sự khác biệt chính bắt nguồn từ hình thức của công nghệ ghép kênh: TDM kỹ thuật số cho SDH và WDM tương tự cho OTN.

Sự khác biệt giữa kỹ thuật số và tương tự có ảnh hưởng sâu sắc đến sự cân bằng chi phí / hiệu suất cơ bản trong nhiều khía cạnh của mạng OTN và thiết kế hệ thống. Đặc biệt, sự phức tạp liên quan đến kỹ thuật mạng tương tự và các tác động bảo trì chiếm phần lớn các thách thức liên quan đến OTN.

Để đáp ứng nhu cầu ngắn hạn về tăng dung lượng, hệ thống đường dây điểm-điểm WDM sẽ tiếp tục được triển khai trên quy mô lớn. Khi số lượng bước sóng và khoảng cách giữa các thiết bị đầu cuối tăng lên, ngày càng có nhu cầu thêm và / hoặc giảm bước sóng tại các vị trí trung gian. Do đó, các ADM quang học (OADM) có thể cấu hình lại linh hoạt sẽ trở thành yếu tố không thể thiếu của mạng WDM.

Khi nhiều bước sóng hơn được triển khai trong các mạng sóng mang, sẽ có nhu cầu tăng lên trong việc quản lý dung lượng và tín hiệu truyền giữa các mạng ở cấp độ kênh quang. Theo cách tương tự, DXC xuất hiện để quản lý dung lượng ở lớp điện, Kết nối chéo quang (OXC) sẽ xuất hiện để quản lý dung lượng ở lớp quang.

Ban đầu, nhu cầu quản lý băng thông lớp quang sẽ là cấp tính nhất trong môi trường mạng truyền tải lõi. Ở đây, kết nối dựa trên lưới logic sẽ được hỗ trợ thông qua cấu trúc liên kết vật lý bao gồm các vòng bảo vệ chia sẻ dựa trên OADM và kiến ​​trúc khôi phục lưới dựa trên OXC. Sự lựa chọn sẽ phụ thuộc vào mức độ mong muốn của nhà cung cấp dịch vụ băng thông "vượt quá bản dựng" và yêu cầu về quy mô thời gian tồn tại.

Khi các yêu cầu quản lý băng thông tương tự xuất hiện cho các môi trường truy cập và liên văn phòng ở đô thị, các giải pháp dựa trên vòng OADM cũng sẽ được tối ưu hóa cho các ứng dụng này: vòng bảo vệ chia sẻ quang cho nhu cầu lưới và vòng bảo vệ chuyên dụng quang cho nhu cầu hubbed. Do đó, giống như OA là yếu tố thúc đẩy công nghệ cho sự xuất hiện của các hệ thống đường thẳng điểm-điểm WDM, các OADM và OXC sẽ là động lực cho sự xuất hiện của OTN.

Khi các phần tử mạng quang đảm nhận chức năng của lớp truyền tải do thiết bị SDH cung cấp truyền thống, lớp truyền tải quang sẽ đóng vai trò là lớp truyền tải thống nhất có khả năng hỗ trợ cả định dạng tín hiệu mạng lõi gói hội tụ và kế thừa. Tất nhiên, sự di chuyển của nhà cung cấp dịch vụ sang OTN sẽ được dự đoán khi chuyển chức năng lớp truyền tải "giống SDH" sang lớp quang, đồng thời với việc phát triển triết lý bảo trì và các tính năng bảo trì mạng liên quan cho lớp truyền tải quang mới nổi.

Khả năng sống sót là trọng tâm trong vai trò của mạng quang như là cơ sở hạ tầng giao thông thống nhất. Cũng như nhiều khía cạnh kiến ​​trúc khác, khả năng sống sót của mạng quang sẽ tương đồng ở mức độ cao với khả năng sống sót của SDH, vì cấu trúc liên kết mạng và các loại phần tử mạng rất giống nhau. Trong lớp quang học, các cơ chế khả năng sống sót sẽ tiếp tục cung cấp khả năng khôi phục nhanh nhất có thể từ các vết đứt cáp quang và các lỗi phương tiện vật lý khác, cũng như cung cấp khả năng quản lý hiệu quả và linh hoạt khả năng bảo vệ.

OTN về mặt khái niệm tương tự như SDH, trong đó các lớp con được định nghĩa phản ánh mối quan hệ máy khách-máy chủ. Vì OTN và SDH đều là mạng ghép kênh định hướng kết nối, nên không có gì ngạc nhiên khi các sơ đồ khôi phục và bảo vệ cho cả hai đều tương tự nhau. Sự khác biệt tinh tế nhưng quan trọng đáng được nhắc lại: trong khi mạng TDM dựa trên thao tác khe thời gian kỹ thuật số, mạng OTN / WDM dựa trên thao tác khe tần số tương tự hoặc kênh quang (bước sóng). Do đó, mặc dù chúng ta có thể mong đợi kiến ​​trúc bảo vệ và khôi phục tương tự có thể thực hiện được với cả hai công nghệ, nhưng các loại lỗi mạng mà người ta có thể cần tính đến trong bất kỳ sơ đồ khả năng sống sót cụ thể nào có thể khá khác nhau.

Khả năng sống sót của lớp quang học

Các mạng viễn thông được yêu cầu cung cấp dịch vụ không bị gián đoạn đáng tin cậy cho khách hàng của họ. Yêu cầu tổng thể về tính khả dụng là 99,999% hoặc cao hơn, có nghĩa là mạng trung bình không thể ngừng hoạt động hơn 6 phút / năm. Do đó, khả năng sống sót của mạng là một yếu tố chính ảnh hưởng đến cách các mạng này được thiết kế và vận hành. Các mạng cần được thiết kế để xử lý các đứt liên kết hoặc đứt cáp quang cũng như các lỗi thiết bị.

Mạng có thể được xem như bao gồm nhiều lớp hoạt động lẫn nhau, như trong hình trên. Các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau chọn các cách khác nhau để hiện thực hóa mạng của họ bằng cách sử dụng các kết hợp khác nhau của chiến lược phân lớp. Các nhà cung cấp dịch vụ đương nhiệm sử dụng cơ sở thiết bị SDH được lắp đặt lớn của họ và khả năng giám sát và chỉnh sửa rộng rãi của kết nối chéo kỹ thuật số.

Ngược lại, một nhà cung cấp dịch vụ cung cấp các dịch vụ dựa trên Giao thức Internet (IP) tìm cách có một cơ sở hạ tầng mạng được đơn giản hóa sử dụng IP làm lớp truyền tải cơ bản mà không sử dụng SDH. Các nhà cung cấp dịch vụ tự phân biệt dựa trên chất lượng (và sự đa dạng) của dịch vụ (QOS) có thể sử dụng ATM làm công nghệ vận tải của họ. Bên dưới các lớp này là lớp WDM quang học mới nổi hay còn gọi là lớp quang học.

Lớp quang học cung cấp các đường dẫn ánh sáng đến các lớp cao hơn, có thể được coi là lớp khách sử dụng dịch vụ do lớp quang cung cấp. Đường dẫn ánh sáng là các đường ống chuyển mạch mang lưu lượng ở tốc độ bit khá cao (ví dụ: 2,5 Gb / s hoặc 10 Gb / s). Các đường dẫn ánh sáng này thường được thiết lập để kết nối thiết bị lớp máy khách, chẳng hạn như ADM SDH, bộ định tuyến IP hoặc bộ chuyển mạch ATM. Khi chúng được thiết lập, chúng vẫn khá tĩnh theo thời gian.

Lớp quang học bao gồm các đầu cuối đường truyền quang (OLT), ADM quang (OADM) và kết nối chéo quang (OXC) như thể hiện trong hình sau. OLT ghép nhiều kênh thành một sợi đơn hoặc một cặp sợi. OADM giảm và thêm một số kênh nhỏ từ / vào một luồng WDM tổng hợp. Một OXC, chuyển đổi và quản lý số lượng lớn các kênh ở vị trí nút có lưu lượng truy cập cao.

Chúng ta xem xét sự bảo vệ của lớp quang từ góc độ dịch vụ, về các loại dịch vụ cần thiết được lớp quang cung cấp cho lớp cao hơn. Sau đó, chúng tôi so sánh các phương án bảo vệ lớp quang học khác nhau đã được đề xuất về chi phí và hiệu quả băng thông của chúng dựa trên kết hợp dịch vụ phải được hỗ trợ. Điều này hơi khác một chút, có xu hướng coi bảo vệ lớp quang học tương tự như bảo vệ lớp SDH.

Tại sao lại bảo vệ lớp quang học?

Các lớp IP, ATM và SDH được hiển thị trong hình trên, tất cả đều kết hợp các kỹ thuật bảo vệ và khôi phục. Mặc dù tất cả các lớp này đều được thiết kế để hoạt động với các lớp khác, nhưng chúng cũng có thể trực tiếp hoạt động trên sợi quang, và do đó không phụ thuộc vào các lớp khác để xử lý các chức năng bảo vệ và phục hồi. Kết quả là, mỗi lớp trong số này kết hợp các chức năng bảo vệ và phục hồi riêng của nó. Vì vậy, câu hỏi được đặt ra, tại sao chúng ta cần lớp quang học để cung cấp bộ cơ chế bảo vệ và phục hồi của riêng nó. Sau đây là một số lý do -

• Một số lớp hoạt động bên trên lớp quang có thể không cung cấp đầy đủ tất cả các chức năng bảo vệ cần thiết trong mạng. Ví dụ, lớp SDH được thiết kế để bảo vệ toàn diện và do đó, sẽ không dựa vào lớp bảo vệ quang học. Tuy nhiên, bản thân các kỹ thuật bảo vệ ở các lớp khác (IP hoặc ATM) có thể không đủ để cung cấp đầy đủ tính khả dụng của mạng khi có sự cố.

  Hiện tại có nhiều đề xuất để vận hành lớp IP trực tiếp trên lớp quang mà không cần sử dụng lớp SDH. Mặc dù IP kết hợp khả năng chịu lỗi ở cấp định tuyến, cơ chế này cồng kềnh và không đủ nhanh để cung cấp QOS đầy đủ. Trong trường hợp này, điều quan trọng là lớp quang học phải cung cấp khả năng bảo vệ nhanh chóng để đáp ứng các yêu cầu về tính khả dụng tổng thể từ lớp vận chuyển.

• Hầu hết các nhà mạng đều đầu tư rất lớn vào các thiết bị kế thừa hoàn toàn không cung cấp cơ chế bảo vệ, nhưng không thể không kể đến. Sự ra đời liền mạch của lớp quang giữa thiết bị này và sợi thô giúp nâng cấp cơ sở hạ tầng với chi phí thấp qua các liên kết sợi dài với khả năng sống sót cao hơn.

• Bảo vệ và khôi phục lớp quang học có thể được sử dụng để cung cấp thêm một mức khả năng phục hồi trong mạng. Ví dụ, nhiều mạng lưới vận tải được thiết kế để xử lý một lỗi duy nhất tại một thời điểm, nhưng không phải nhiều lỗi. Phục hồi quang học có thể được sử dụng để cung cấp khả năng phục hồi chống lại nhiều lần hỏng hóc.

• Bảo vệ lớp quang học có thể hiệu quả hơn trong việc xử lý một số dạng hư hỏng, chẳng hạn như đứt cáp quang. Một sợi quang duy nhất mang nhiều bước sóng của lưu lượng (ví dụ: 16-32 luồng SDH). Do đó, việc cắt sợi quang dẫn đến tất cả 16-32 trong số các luồng SDH này được phục hồi một cách độc lập bởi lớp SDH. Hệ thống quản lý mạng tràn ngập với số lượng lớn các cảnh báo được tạo ra bởi mỗi thực thể độc lập này. Nếu việc cắt sợi quang được khôi phục đủ nhanh bởi lớp quang học thì có thể tránh được tình trạng hoạt động kém hiệu quả này.

• Có thể tiết kiệm chi phí đáng kể bằng cách sử dụng bảo vệ và phục hồi lớp quang học.

Hạn chế - Bảo vệ lớp quang học

Sau đây là một số hạn chế của lớp bảo vệ quang học.

• Nó không thể xử lý tất cả các loại lỗi trong mạng. Ví dụ, nó không thể xử lý lỗi laser trong bộ định tuyến IP hoặc ADM SDH được gắn vào mạng quang. Loại lỗi này phải được xử lý bởi lớp IP hoặc SDH tương ứng.

• Nó có thể không phát hiện được tất cả các loại lỗi trong mạng. Các đường dẫn ánh sáng được cung cấp bởi lớp quang học có thể trong suốt để chúng mang dữ liệu ở nhiều tốc độ bit khác nhau. Lớp quang học trong trường hợp này trên thực tế có thể không biết chính xác những gì được mang trên các đường ánh sáng này. Do đó, nó không thể giám sát lưu lượng để cảm nhận sự suy giảm, chẳng hạn như tỷ lệ lỗi bit tăng lên, điều này thường sẽ gọi một công tắc bảo vệ.

• Lớp quang học bảo vệ lưu lượng theo đơn vị đường đi của ánh sáng. Nó không thể cung cấp các mức độ bảo vệ khác nhau cho các phần khác nhau của giao thông đang được thực hiện trên đường đèn (một phần của giao thông có thể có mức độ ưu tiên cao, phần còn lại có mức độ ưu tiên thấp hơn). Chức năng này phải được thực hiện bởi một lớp cao hơn xử lý lưu lượng truy cập ở mức độ chi tiết tốt hơn.

• Có thể có những ràng buộc về ngân sách liên kết làm hạn chế khả năng bảo vệ của lớp quang. Ví dụ, chiều dài của tuyến bảo vệ hoặc số lượng nút mà lưu lượng bảo vệ đi qua có thể bị hạn chế.

• Nếu mạng tổng thể không được thiết kế cẩn thận, có thể có các điều kiện chạy đua khi lớp quang và lớp khách đều cố gắng bảo vệ lưu lượng truy cập khỏi sự cố đồng thời.

• Công nghệ và kỹ thuật bảo vệ vẫn chưa được thử nghiệm tại hiện trường và do đó, việc triển khai trên quy mô toàn diện của các cơ chế bảo vệ mới này sẽ mất một vài năm để xảy ra.

Định nghĩa về các thực thể được bảo vệ

Trước khi đi vào chi tiết của các kỹ thuật bảo vệ và sự cân bằng giữa chúng, sẽ có lợi khi xác định các thực thể được bảo vệ bởi lớp quang học và lớp khách hàng. Các thực thể này được hiển thị trong hình sau.

Cổng thiết bị khách hàng

Các cổng trên thiết bị khách hàng có thể bị lỗi. Trong trường hợp này, lớp quang học không thể tự bảo vệ lớp khách hàng.

Kết nối Intrasite giữa Khách hàng và Thiết bị Quang học

Các dây cáp bên trong trang web có thể bị ngắt kết nối, chủ yếu do lỗi của con người. Đây được coi là một sự kiện tương đối có thể xảy ra. Một lần nữa, sự bảo vệ đầy đủ chống lại những sự cố như vậy chỉ có thể được hỗ trợ bởi kết hợp bảo vệ lớp máy khách và lớp quang học.

Thẻ phản hồi

Bộ phát tín hiệu là thẻ giao diện giữa thiết bị khách và lớp quang học. Các thẻ này chuyển đổi tín hiệu từ thiết bị khách thành bước sóng phù hợp để sử dụng bên trong mạng quang, sử dụng chuyển đổi quang thành điện sang quang. Vì vậy, tỷ lệ hỏng hóc của thẻ này không thể coi là không đáng kể. Với số lượng lớn các thẻ này trong một hệ thống (một thẻ trên mỗi bước sóng), cần phải hỗ trợ bảo vệ đặc biệt cho chúng.

Cơ sở vật chất bên ngoài

Cơ sở cáp quang này giữa các vị trí được coi là thành phần kém tin cậy nhất trong hệ thống. Cắt giảm chất xơ khá phổ biến. Loại này cũng bao gồm các bộ khuếch đại quang được triển khai dọc theo sợi quang.

Toàn bộ các nút

Toàn bộ nút có thể bị lỗi do lỗi của nhân viên bảo trì (ví dụ: vấp phải cầu dao điện) hoặc lỗi toàn bộ trang web. Các hư hỏng của công trường là tương đối hiếm và thường xảy ra do các thảm họa tự nhiên như hỏa hoạn, lũ lụt hoặc động đất. Lỗi nút có tác động đáng kể đến mạng và do đó, vẫn cần được bảo vệ chống lại, mặc dù xác suất xảy ra tương đối thấp.

Bảo vệ Vs Phục hồi

Protectionđược định nghĩa là cơ chế chính được sử dụng để giải quyết lỗi. Nó cần phải rất nhanh (thông thường lưu lượng truy cập không được gián đoạn quá 60 ms trong trường hợp mạng SDH bị lỗi). Do đó, các tuyến bảo vệ thường cần được lên kế hoạch trước để có thể chuyển giao thông từ các tuyến bình thường sang các tuyến bảo vệ một cách nhanh chóng.

Do yêu cầu về tốc độ, chức năng này thường được thực hiện theo cách phân tán bởi các phần tử mạng mà không dựa vào một thực thể quản lý tập trung để điều phối các hành động bảo vệ. Ngoại trừ các sơ đồ bảo vệ lưới nhanh gần đây (và chưa được chứng minh), các kỹ thuật bảo vệ có xu hướng khá đơn giản và được thực hiện trong cấu trúc liên kết tuyến tính hoặc vòng. Tất cả chúng đều sử dụng 100 phần trăm băng thông truy cập trong mạng.

Ngược lại, restorationkhông phải là một cơ chế chính được sử dụng để đối phó với thất bại. Sau khi hoàn thành chức năng bảo vệ, việc khôi phục được sử dụng để cung cấp các tuyến đường hiệu quả hoặc khả năng phục hồi bổ sung chống lại các hỏng hóc khác trước khi lỗi đầu tiên được khắc phục. Do đó, nó có thể khá chậm (đôi khi vài giây đến vài phút).

Các tuyến đường khôi phục không cần phải được lên kế hoạch trước và có thể được tính toán nhanh chóng bằng hệ thống quản lý tập trung mà không yêu cầu chức năng điều khiển phân tán. Các thuật toán phức tạp hơn có thể được sử dụng để giảm băng thông vượt quá yêu cầu và các cấu trúc liên kết lưới phức tạp hơn có thể được hỗ trợ.

Các lớp con trong lớp quang học

Lớp quang học bao gồm một số lớp con. Bảo vệ và phục hồi có thể được thực hiện ở các lớp khác nhau này. Chúng tôi có thể có các chương trình bảo vệ các đường dẫn ánh sáng hoặc các kênh quang học riêng lẻ. Các chương trình này xử lý sự cố đứt cáp quang cũng như sự cố của thiết bị đầu cuối, chẳng hạn như la-de hoặc máy thu.

Chúng ta có thể có các lược đồ hoạt động ở mức tín hiệu tổng hợp, tương ứng với lớp Phần ghép kênh quang (OMS). Các sơ đồ này không phân biệt giữa các đường ánh sáng khác nhau được ghép với nhau và khôi phục tất cả chúng đồng thời bằng cách chuyển đổi chúng thành một nhóm.

Thuật ngữ bảo vệ lớp đường dẫn được sử dụng để biểu thị các lược đồ hoạt động trên các kênh riêng lẻ hoặc đường dẫn ánh sáng và bảo vệ lớp đường truyền để biểu thị các lược đồ hoạt động ở lớp phần ghép kênh quang. Tham khảo Bảng 1 để so sánh giữa các thuộc tính của lược đồ lớp đường dẫn và đường, Bảng 2 và Bảng 3 cho các lược đồ đường dẫn và đường khác nhau.

Bảng 1: So sánh giữa bảo vệ đường dây và bảo vệ đường dẫn

Tiêu chuẩn	Bảo vệ đường dây	Bảo vệ đường dẫn
Bảo vệ chống lại	Cơ sở văn phòng Lỗi trang / nút	Cơ sở văn phòng Lỗi trang / nút Hỏng hóc thiết bị
Số lượng sợi	Bốn, nếu ghép kênh mức đơn được sử dụng	Hai
Có thể xử lý các lỗi / xuống cấp của một đường dẫn duy nhất	Không	Đúng
Hỗ trợ lưu lượng truy cập không được bảo vệ	Không	Đúng
Chi phí thiết bị	Thấp	Cao
Hiệu quả băng thông	Tốt cho giao thông được bảo vệ	Thấp cho các kênh không được bảo vệ

Bảng 2: So sánh giữa các lược đồ lớp dòng

Kế hoạch	Bảo vệ chống lại	Tôpô	Ràng buộc / Thiếu sót	Lợi ích của khách hàng
1 + 1 dòng	Đường cắt	Điểm đến điểm	Tuyến đường đa dạng cần thiết để bảo vệ sợi	Đơn giản nhất để triển khai và vận hành
1 + 1 dòng	Đường cắt	Điểm đến điểm	Tuyến đường đa dạng cần thiết để bảo vệ sợi	Hỗ trợ cho lưu lượng ưu tiên thấp Suy hao thấp hơn (khoảng 3 dB)
OULSR	Đường cắt Lỗi nút	Vành đai đô thị	Suy giảm lớp quang học Mất điện hơn nữa tồn tại do cầu nối mức đường dây của tín hiệu	Đơn giản để thực hiện và vận hành Có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các phần tử thụ động (thay vì công tắc quang)
OBLSR	Đường cắt Lỗi nút	Vành đai đô thị	Suy giảm lớp quang học	Tái sử dụng băng thông bảo vệ Hỗ trợ cho lưu lượng ưu tiên thấp
Bảo vệ đường lưới	Đường cắt Lỗi nút	Bất kì	Bị giới hạn bởi sự suy giảm lớp quang học Dựa trên kết nối chéo toàn quang Khó quản lý	Có hiệu quả Giá thấp

Bảng 3: So sánh giữa các lược đồ lớp đường dẫn

Kế hoạch	Bảo vệ chống lại	Tôpô	Ràng buộc / Thiếu sót	Lợi ích của khách hàng
Bảo vệ lớp máy khách	Lỗi thiết bị khách hàng Tiện ích nội khu Lỗi bộ phát Cơ sở văn phòng Lỗi nút	Bất kì	Yêu cầu các đường dẫn đa dạng trong mạng Đắt nhất	Bảo vệ rộng rãi nhất
Bảo vệ thiết bị 1: N	Lỗi bộ phát	Tuyến tính hoặc vòng		Chi phí rất thấp Băng thông hiệu quả
1 + 1 đường dẫn hoặc OUPSR	Cơ sở văn phòng Lỗi nút	Bất kì	Yêu cầu các đường dẫn đa dạng trong mạng Tiêu thụ băng thông	Tương tự với bảo vệ thân chủ Đơn giản để phát triển và vận hành
OBPSR	Cơ sở văn phòng Lỗi nút	Vòng ảo		Tái sử dụng băng thông bảo vệ Hỗ trợ lưu lượng ưu tiên thấp
Bảo vệ đường dẫn lưới	Cơ sở văn phòng Lỗi nút	Bất kì	Yêu cầu OXC Rất phức tạp để thực hiện và vận hành	Hiệu quả cao

Cấu trúc liên kết mạng vật lý có thể là bất kỳ lưới nào, truyền các đường ánh sáng giữa các nút thiết bị khách. Cấu trúc liên kết ảo từ quan điểm thiết bị khách bị hạn chế theo lớp khách (ví dụ: đổ chuông cho SDH). 2 Cấu trúc liên kết vật lý là bất kỳ lưới nào, trong khi cấu trúc liên kết ảo của các đường dẫn ánh sáng là một vòng.

Ví dụ, hãy xem xét hai chương trình bảo vệ được hiển thị trong các hình sau. Cả hai sơ đồ này có thể được coi là sơ đồ bảo vệ 1 + 1, nghĩa là, cả hai đều tách tín hiệu ở đầu phát và chọn bản sao tốt hơn ở đầu nhận. Hình. (A) mô tả bảo vệ lớp 1 + 1, trong đó cả việc tách và chọn được thực hiện cho toàn bộ tín hiệu WDM cùng nhau. Hình. (B) mô tả lớp bảo vệ lớp đường dẫn 1 + 1, trong đó việc tách và chọn được thực hiện riêng biệt cho từng đường ánh sáng.

Lớp Đường so với Bảo vệ Lớp Đường dẫn

Có sự khác biệt quan trọng về chi phí và độ phức tạp giữa hai cách tiếp cận. Bảo vệ đường dây yêu cầu một bộ chia bổ sung và chuyển sang hệ thống không được bảo vệ. Tuy nhiên, bảo vệ đường dẫn yêu cầu một bộ chia và chuyển đổi trên mỗi kênh. Quan trọng hơn, bảo vệ đường dẫn thường yêu cầu gấp đôi bộ phát đáp và gấp đôi tài nguyên mux / demux của bảo vệ đường truyền. Do đó, bảo vệ đường dẫn gần như đắt gấp đôi so với bảo vệ đường dây, nếu tất cả các kênh được bảo vệ. Tuy nhiên, câu chuyện sẽ thay đổi nếu tất cả các kênh không cần được bảo vệ.

Các sơ đồ bảo vệ cơ bản

Có thể tìm thấy so sánh các sơ đồ bảo vệ trong Bảng -1, 2 và 3. Các sơ đồ bảo vệ lớp quang học có thể được phân loại theo cách tương tự như các sơ đồ bảo vệ SDH và có thể được thực hiện ở cả lớp khách, lớp đường dẫn hoặc lớp đường .

Bảo vệ thân chủ

Một tùy chọn đơn giản là để cho lớp khách tự bảo vệ và không để lớp quang thực hiện bất kỳ biện pháp bảo vệ nào. Đây có thể là trường hợp của các lớp máy khách SDH. Mặc dù điều này đơn giản từ quan điểm của lớp quang học, nhưng lợi ích chi phí đáng kể và tiết kiệm băng thông có thể đạt được bằng cách thực hiện bảo vệ lớp quang học. Mặc dù phương pháp bảo vệ máy khách có thể hỗ trợ các mạng máy khách điểm-điểm, vòng hoặc lưới, nhưng điều quan trọng cần lưu ý là từ quan điểm mạng quang, tất cả những điều này đều chuyển thành hỗ trợ lưới quang học, vì ngay cả một máy khách điểm-điểm liên kết có thể kéo dài toàn bộ mạng lưới quang học.

Trong bảo vệ lớp máy khách, các đường dẫn máy khách làm việc và bảo vệ được định tuyến hoàn toàn đa dạng thông qua lớp quang để không có điểm lỗi duy nhất. Ngoài ra, các đường dẫn khách làm việc và bảo vệ không được ánh xạ tới các bước sóng khác nhau trên cùng một liên kết WDM. Nếu liên kết WDM không thành công, cả hai đường dẫn sẽ bị mất.

Lược đồ lớp đường dẫn

Bảo vệ đường dẫn 1 + 1

Đề án này yêu cầu hai bước sóng trên toàn mạng, cũng như hai bộ phát đáp ở mỗi đầu. Khi được áp dụng cho một vòng, bảo vệ này còn được gọi là Vòng chuyển đổi đường dẫn một chiều quang học (OUPSR) hoặc Vòng bảo vệ chuyên dụng OCh (Vòng OCh / DP).

Implementation Notes- Việc kết nối thường được thực hiện thông qua bộ ghép quang, trong khi lựa chọn được thực hiện thông qua bộ chuyển mạch quang 1 x 2. Đầu nhận có thể quyết định chuyển sang đường dự phòng mà không cần phối hợp với nguồn.

Vòng được chuyển đổi đường dẫn hai chiều

Sơ đồ này dựa trên Vòng chuyển mạch đường dây hai chiều 4 sợi SDH (BLSR) và dựa trên băng thông bảo vệ được chia sẻ xung quanh vòng. Khi một đường dẫn ánh sáng hoạt động bị lỗi, các nút sẽ phối hợp và cố gắng gửi lưu lượng qua băng thông bảo vệ được chỉ định theo cùng một hướng xung quanh vòng (để khắc phục lỗi bộ phát đáp). Đây là một công tắc nhịp. Nếu điều này không thành công, các nút sẽ lặp lại lưu lượng truy cập xung quanh đường dẫn thay thế xung quanh vòng đến đầu kia của lỗi. Hành động này là một công tắc đổ chuông.

Đề án cho phép các đường dẫn ánh sáng không chồng chéo chia sẻ cùng một băng thông bảo vệ miễn là chúng không bị lỗi cùng nhau. Lược đồ này còn được gọi là vòng bảo vệ chia sẻ OCh (OCh / SPRing).

Implementation Notes- Lược đồ này có thể được thực hiện trong OXC hoặc thông qua các công tắc nhỏ hơn nhiều trong OADM. Bộ chuyển mạch là cần thiết cho mỗi kênh bảo vệ. Nó tương tự như tiêu chuẩn SDH BLSR.

Bảo vệ đường dẫn lưới

Sơ đồ này cho phép bảo vệ lưới toàn cầu với khả năng chuyển đổi rất nhanh (trong vòng chưa đầy 100 ms) cho mọi đường ánh sáng bị lỗi một cách riêng biệt thành đường dự phòng, được chia sẻ bởi nhiều đường dẫn ánh sáng có khả năng đi một đường khác nhau cho mỗi đường sáng. Trong trường hợp bị lỗi, nó được liên kết với tất cả các nút thích hợp thiết lập đường dẫn dự phòng.

Implementation Notes- Các chương trình này đang được thực hiện trong các OXC. Do hạn chế về thời gian, các đường dẫn sao lưu được xác định trước được lưu trữ trong các nút của mạng và được kích hoạt dựa trên các loại lỗi.

Khôi phục đường dẫn lưới

Không giống như bảo vệ đường dẫn lưới, lược đồ này không có các ràng buộc nghiêm ngặt về thời gian. Thiết bị này tính toán các tuyến đường thay thế bằng cách sử dụng cấu trúc liên kết của nó và phổ biến thông tin thiết lập mới cho các nút, các nút này sẽ thiết lập các tuyến đường này. Các nút không cần duy trì bất kỳ thông tin n / w nào.

Implementation Notes - Bản chất tập trung của sơ đồ này đảm bảo các tuyến bảo vệ được tối ưu hóa hơn và giảm độ phức tạp của việc thực hiện và bảo trì.

Bảo vệ thiết bị 1: N

Một trong những mô-đun phức tạp nhất (và do đó dễ xảy ra lỗi) trong thiết bị đầu cuối WDM điển hình là bộ phát đáp. Bảo vệ 1: N chỉ định một bộ phát đáp dự phòng tiếp nhận trong trường hợp bộ phát đáp thông thường bị lỗi.

Implementation Notes- Sơ đồ này thường dựa trên bước sóng được bảo vệ được chỉ định. Trong trường hợp không thành công, cả hai đầu phải chuyển đổi bằng cách sử dụng các giao thức báo hiệu nhanh, không giống như APS trong SDH.

Lược đồ lớp dòng

Bảo vệ tuyến tính 1 + 1

Đề án này dựa trên việc bắc cầu toàn bộ tín hiệu WDM hàng loạt vào một cặp cơ sở được định tuyến đa dạng. Đầu nhận của các cơ sở này sau đó chọn tín hiệu nào trong hai tín hiệu để nhận.

Bảo vệ tuyến tính 1: 1

Sơ đồ này yêu cầu cấu hình tương tự như sơ đồ trước (tức là 1 + 1 tuyến tính), tuy nhiên, tín hiệu được chuyển sang đường làm việc hoặc đường bảo vệ, nhưng không chuyển sang cả hai. Trong khi điều này làm tăng gánh nặng điều phối, nó cho phép chạy lưu lượng ưu tiên thấp trên đường dự phòng (cho đến khi cần bảo vệ đường làm việc). Nó cũng kéo theo tổn thất công suất quang thấp hơn do toàn bộ năng lượng tín hiệu được hướng đến một đường thay vì hai đường.

Implementation Notes- Việc chuyển mạch thường được thực hiện bằng bộ chuyển mạch quang học 1 × 2. Sự phối hợp được thực hiện thông qua một giao thức báo hiệu nhanh.

Vòng chuyển mạch đường truyền một chiều quang học (OULSR)

Lược đồ tương tự như lược đồ OUPSR ngoại trừ việc bắc cầu và lựa chọn tín hiệu được thực hiện cho tín hiệu WDM tổng hợp. Điều này cho phép thiết kế được tối ưu hóa hơn, chi phí thấp hơn và các cách triển khai rất khác nhau.

Implementation Notes- Việc triển khai chương trình này dựa trên các bộ ghép nối thụ động chạy vòng quang vào một phương tiện phát sóng. Thay vì sử dụng OADM, sơ đồ này dựa trên các OLT đơn giản, mỗi OLT được ghép thành cả hai vòng theo chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ, do đó mỗi bước sóng được truyền và nhận trên cả hai sợi. Trong điều kiện bình thường, liên kết bị ngắt kết nối giả tạo, dẫn đến một bus tuyến tính, khi liên kết cắt sợi quang được kết nối lại.

Vòng chuyển đổi đường hai chiều

Lược đồ này tương tự như lược đồ OBPSR trong cả khía cạnh giao thức và các hành động bảo vệ được sử dụng (chuyển mạch khoảng và vòng). Giống như tất cả các sơ đồ lớp đường, tín hiệu WDM tổng hợp được chuyển hàng loạt sang một sợi quang bảo vệ chuyên dụng (yêu cầu bốn sợi) hoặc sang một băng tần WDM khác trong một sợi đơn (chỉ cho phép hai sợi, nhưng yêu cầu sơ đồ mux quang hai tầng ). Lược đồ này còn được gọi là vòng bảo vệ chia sẻ OMS (OMS / SPRing).

Implementation Notes- Khi đường dự phòng chạy quanh toàn bộ vòng về mặt quang học, có thể cần các bộ khuếch đại đường quang dọc theo đường dự phòng để bù đắp cho các tổn thất. Chu vi của vòng cũng bị giới hạn bởi các suy giảm quang học khác. Do đó, tùy chọn này phù hợp nhất trong các ứng dụng đô thị.

Bảo vệ / Phục hồi đường lưới

Sơ đồ này dựa trên kết nối chéo toàn quang giúp chuyển hướng tín hiệu WDM từ một cơ sở bị lỗi sang một tuyến đường thay thế và quay trở lại đầu kia của cơ sở bị lỗi.

Implementation Notes - Giống như OBLSR, sơ đồ này bị hạn chế bởi sự suy giảm quang học có thể phát triển dọc theo các tuyến đường thay thế và yêu cầu thiết kế quang học cẩn thận.

Cân nhắc lựa chọn chương trình bảo vệ

Các tiêu chí có thể được sử dụng bởi nhà cung cấp dịch vụ để chọn các sơ đồ bảo vệ được sử dụng trong mạng. Biểu đồ quyết định đơn giản cho việc này được mô tả trong hình sau với giả định cần cả thiết bị và bảo vệ đường dây.

Chi phí bảo vệ

Một tiêu chí khác từ quan điểm của nhà cung cấp dịch vụ là chi phí của hệ thống ở ít nhất hai khía cạnh -

• Chi phí thiết bị
• Hiệu quả băng thông

Cả hai điều này phụ thuộc vào hỗn hợp dịch vụ của lưu lượng, nghĩa là, phần lưu lượng được bảo vệ bởi lớp quang học.

Hình dưới đây cho thấy chi phí thiết bị của các sơ đồ lớp đường dẫn và các sơ đồ lớp đường tương đương như một chức năng của hỗn hợp lưu lượng. Nếu tất cả lưu lượng cần được bảo vệ, các sơ đồ lớp đường dẫn yêu cầu thiết bị gấp đôi so với các sơ đồ lớp đường vì có ít sự chia sẻ các thiết bị chung hơn.

Tuy nhiên, chi phí bảo vệ lớp đường dẫn tỷ lệ thuận với số lượng kênh cần được bảo vệ, vì mỗi kênh yêu cầu một thiết bị kết cuối và mux / demux đi kèm. Do đó, chi phí bảo vệ lớp đường dẫn sẽ giảm xuống nếu phải bảo vệ ít kênh hơn. Trong trường hợp không có kênh nào cần được bảo vệ, sơ đồ lớp đường dẫn sẽ có giá tương đương với sơ đồ lớp đường, giả sử rằng không có thiết bị chung bổ sung nào được triển khai.

Câu chuyện khác với quan điểm về hiệu quả băng thông, như thể hiện trong hình sau. Trong hệ thống được bảo vệ bằng đường truyền, băng thông bảo vệ được sử dụng cho các đường ánh sáng cần bảo vệ cũng như cho những đường không cần bảo vệ. Trong hệ thống bảo vệ đường dẫn, các đường dẫn ánh sáng không yêu cầu bảo vệ có thể sử dụng băng thông, cho phép các đường dẫn ánh sáng không được bảo vệ khác sử dụng băng thông mà lẽ ra sẽ bị lãng phí cho việc bảo vệ không mong muốn.

Theo đó, nếu một phần lớn các đường dẫn ánh sáng có thể không được bảo vệ, thì bảo vệ lớp đường dẫn sẽ thu hồi chi phí bằng cách hỗ trợ nhiều lưu lượng truy cập làm việc hơn trên cùng một mạng so với bảo vệ lớp đường truyền.

Các mạng quang kế thừa triển khai các công nghệ SDH / SONET để vận chuyển dữ liệu qua mạng quang. Các mạng này tương đối dễ lập kế hoạch và thiết kế. Các phần tử mạng mới có thể được thêm vào mạng một cách dễ dàng. Mạng WDM tĩnh có thể yêu cầu ít đầu tư vào thiết bị hơn, đặc biệt là trong mạng metro. Tuy nhiên, việc lập kế hoạch và bảo trì các mạng đó có thể là một cơn ác mộng vì các quy tắc kỹ thuật và khả năng mở rộng thường khá phức tạp.

Băng thông và bước sóng phải được cấp phát trước. Vì các bước sóng được nhóm thành các nhóm và không phải tất cả các nhóm đều được kết thúc tại mọi nút, nên việc truy cập vào các bước sóng cụ thể có thể không khả thi tại một số vị trí nhất định. Các phần mở rộng mạng có thể yêu cầu bộ khuếch đại và tái tạo Quang-Điện-Quang mới hoặc ít nhất là điều chỉnh công suất ở các vị trí hiện có. Vận hành mạng WDM tĩnh đòi hỏi nhiều nhân lực.

Việc lập kế hoạch mạng và băng thông phải dễ dàng như trong các mạng SDH / SONET trước đây. Trong phạm vi băng thông vòng đã cho, ví dụ STM-16 hoặc OC-48 mỗi nút có thể cung cấp nhiều băng thông nếu cần.

Có thể truy cập vào toàn bộ băng thông tại mỗi ADM. Việc mở rộng mạng, ví dụ, giới thiệu một nút mới trong một vòng hiện có, tương đối dễ dàng và không yêu cầu bất kỳ lượt truy cập tại chỗ nào của các nút hiện có. Sơ đồ mạng bên trái minh họa điều này: Các hệ thống kết nối chéo kỹ thuật số liên kết với nhiều vòng SDH / SONET quang.

Các mạng quang có thể cấu hình lại hoạt động khác nhau: Băng thông có thể được lập kế hoạch theo yêu cầu và phạm vi tiếp cận được tối ưu hóa vì năng lượng quang hiện được quản lý trên mỗi kênh WDM. Khả năng mở rộng tăng lên đáng kể.

Yếu tố chính để kích hoạt một mạng quang có thể cấu hình lại như vậy là Reconfigurable Optical Add-drop Multiplexer (ROADM). Nó cho phép chuyển hướng các bước sóng quang học đến các giao diện máy khách chỉ bằng một cú nhấp chuột trong phần mềm. Lưu lượng truy cập khác vẫn không bị ảnh hưởng bởi điều này. Tất cả điều này đạt được mà không cần bất kỳ xe tải nào đến địa điểm tương ứng để lắp đặt bộ lọc hoặc thiết bị khác.

Mạng WDM có thể cấu hình lại với ROADM

Các quy tắc kỹ thuật WDM tĩnh và khả năng mở rộng có thể khá phức tạp (OADM trong mọi nút).

• Phân bổ trước băng thông và bước sóng
• Phân bổ ký quỹ cho cấu trúc bộ lọc cố định
• Quản lý điện năng không đủ
• Mở rộng mạng yêu cầu tái tạo Quang-Điện-Quang (OEO)

Mạng SDH / SONET rất dễ lập kế hoạch.

• Truy cập vào toàn bộ băng thông ở mỗi ADM
• Quy tắc kỹ thuật dễ dàng (chỉ một bước nhảy)
• Dễ dàng bổ sung các phần tử mạng mới

Một lớp quang học có thể cấu hình lại cho phép những điều sau đây.

• Lập kế hoạch băng thông theo yêu cầu
• Phạm vi tiếp cận trong suốt mở rộng do quản lý nguồn trên mỗi kênh WDM
• Khả năng mở rộng Hitless

Các lớp quang tử tĩnh bao gồm các vòng quang riêng biệt. Hãy xem xét một số hệ thống DWDM nằm trên mỗi vòng này. Thông tin hoặc dữ liệu thường xuyên được giữ nguyên trên cùng một vòng, do đó không có vấn đề gì. Tuy nhiên, điều gì xảy ra trong trường hợp dữ liệu cần được chuyển giao cho một vòng quang khác?

Trong các hệ thống tĩnh, cần có một số lượng lớn các bộ phát đáp ở bất cứ nơi nào cần chuyển đổi giữa các vòng. Trên thực tế, mỗi bước sóng truyền từ vòng này sang vòng khác cần hai bộ phát đáp: một bộ ở mỗi bên của mạng. Cách tiếp cận này phải chịu chi phí cao và tốn nhiều kế hoạch ban đầu, xem xét việc phân bổ băng thông và kênh.

Bây giờ chúng ta hãy tưởng tượng một lớp quang tử có thể cấu hình lại động. Ở đây, chỉ có một hệ thống DWDM duy nhất tạo thành mặt phân cách giữa hai vòng quang học. Do đó, quá trình tái tạo dựa trên bộ phát đáp biến mất và số lượng hệ thống DWDM giảm xuống. Toàn bộ thiết kế mạng được đơn giản hóa và các bước sóng giờ đây có thể truyền từ vòng này sang vòng khác mà không bị cản trở gì thêm.

Bất kỳ bước sóng nào cũng có thể truyền tới bất kỳ vòng nào và đến bất kỳ cổng nào. Chìa khóa cho một thiết kế mạng hoàn toàn linh hoạt và có thể mở rộng như vậy, với đường truyền quang từ lõi bên phải đến khu vực truy cập, là ROADM và mặt phẳng điều khiển GMPLS.

Đơn giản hóa thông qua ROADMs

ROADM cung cấp sự đơn giản hóa trong mạng và trong các quy trình của nhà cung cấp dịch vụ hoặc nhà cung cấp dịch vụ. Tương tác này tóm tắt một số đơn giản hóa này. Xét cho cùng, chúng ta cần lưu ý rằng tất cả những lợi thế này giúp giảm thời gian và chi phí. Nhưng điều quan trọng hơn là chúng cũng dẫn đến tăng sự hài lòng của khách hàng và do đó, sự trung thành của khách hàng.

Lập kế hoạch mạng được đơn giản hóa rất nhiều bằng cách sử dụng ROADM. Chỉ cần xem xét số lượng bộ phát đáp giảm đáng kể, cần được dự trữ trong kho.

Việc cài đặt và vận hành - ví dụ, khi thiết lập một bước sóng mới cho mạng - đòi hỏi ít nỗ lực hơn đáng kể và ít phức tạp hơn nhiều. Kỹ thuật viên dịch vụ chỉ cần truy cập các trang cuối tương ứng để cài đặt bộ phát đáp và ROADM. Bộ ghép kênh thêm / thả quang cố định (FOADM) được sử dụng để yêu cầu truy cập vào từng trang web trung gian để công việc cài đặt và các bản vá có thể được thực hiện.

Các hoạt động và bảo trì được đơn giản hóa đáng kể khi một mạng quang động được triển khai. Chẩn đoán quang học có thể được thực hiện trong vài phút thay vì hàng giờ, như trường hợp trước đây. Sự cố có thể được phát hiện và tự động xóa thay vì kích hoạt xe tải cuộn đến các địa điểm bên ngoài.

Với việc triển khai các tia laser có thể điều chỉnh và ROADM không màu, việc bảo trì nhà máy sợi quang dễ dàng hơn. Sử dụng các tính năng này, việc cung cấp dịch vụ giờ đây trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết. Cũng như công việc cài đặt và vận hành, việc bảo trì mạng và mọi nâng cấp tiềm năng cũng dễ dàng hơn đáng kể.

Kiến trúc ROADM

Nhiều lợi thế ROADM mang lại cho thiết kế và vận hành mạng đã được trình bày trong các phần trước. Đây là một số khác -

• Giám sát công suất trên mỗi kênh và san lấp mặt bằng để cân bằng toàn bộ tín hiệu DWDM
• Kiểm soát toàn bộ lưu lượng từ trung tâm điều hành mạng từ xa

Tuy nhiên, một câu hỏi vẫn chưa được giải đáp: ROADM hoạt động như thế nào? Chúng ta hãy xem xét một số nguyên tắc cơ bản.

ROADM thường bao gồm hai phần tử chức năng chính: Một bộ tách bước sóng và một công tắc chọn lọc bước sóng (WSS). Hãy xem sơ đồ khối ở trên: Một cặp cáp quang tại giao diện mạng số 1 được kết nối với mô-đun ROADM.

Sợi quang mang dữ liệu đến (từ mạng) được đưa tới bộ tách bước sóng. Bây giờ, tất cả các bước sóng đều có sẵn ở tất cả các cổng đầu ra của bộ tách, trong trường hợp này là 8. Lưu lượng thêm / giảm cục bộ (bước sóng) có thể được ghép / khử ghép với Bộ lọc ống dẫn sóng Arrayed (AWG). Sử dụng AWG có nghĩa là phân bổ và hướng bước sóng cố định.

Công tắc chọn lọc theo bước sóng (WSS) kết hợp một cách chọn lọc các bước sóng khác nhau và đưa chúng vào đầu ra của giao diện mạng # 1. Các cổng bộ chia còn lại được kết nối với các hướng mạng khác, ví dụ, ba hướng khác tại nút giao nhau 4 độ.

Note- Cần một trong các mô-đun minh họa (hộp hoàn toàn màu xám) cho mỗi hướng mạng tại nút này. Hay nói chính xác hơn: Trong một nút giao nhau phục vụ bốn hướng (4 độ), bốn mô-đun này là cần thiết.

Trái tim ROADM - Mô-đun WSS

Hãy bắt đầu với tín hiệu WDM đến từ bên trái. Nó đi qua sợi quang ở trên cùng và hướng tới cách tử nhiễu xạ số lượng lớn. Cách tử nhiễu xạ số lượng lớn này hoạt động như một loại lăng kính. Nó phân tách các bước sóng khác nhau thành các hướng khác nhau, mặc dù sự thay đổi về góc là khá nhỏ. Các bước sóng được tách ra đập vào một gương cầu, gương cầu này phản xạ các tia lên một tập hợp các hệ thống Cơ điện vi (MEMS). Mỗi công tắc vi mô bị tác động bởi một bước sóng khác nhau, bước sóng này sau đó được đưa trở lại gương cầu.

Từ đó các tia được quay trở lại cách tử nhiễu xạ số lượng lớn và được gửi tới sợi quang. Nhưng đây là một loại sợi khác với sợi mà chúng ta đã bắt đầu. Tín hiệu đầu ra bước sóng đơn chỉ ra rằng điều này đã xảy ra. Tín hiệu này sau đó có thể được kết hợp với các tín hiệu bước sóng đơn khác để lấp đầy một sợi truyền dẫn khác.

Có nhiều phiên bản khác nhau - các từ khóa ở đây là không màu, không hướng, v.v.

ROADM - Độ, Không màu, Không hướng và hơn thế nữa

Kỳ hạn	Giải trình
Degree	Thuật ngữ Degree mô tả số lượng giao diện dòng DWDM được hỗ trợ. Nút ROADM 2 độ hỗ trợ hai giao diện đường truyền DWDM. Nó cũng cho phép hai nhánh thêm / bớt của tất cả các giao diện dòng.
Multi Degree	ROADM đa độ hỗ trợ hơn hai giao diện đường truyền DWDM. Số lượng nhánh thêm / bớt có thể được xác định bởi số lượng cổng WSS.
Colorless	ROADM không màu cho phép phân bổ linh hoạt bất kỳ bước sóng hoặc màu nào cho bất kỳ cổng nào. Các mô-đun bộ lọc phải được kết nối để thực hiện chức năng này.
Directionless	ROADM không định hướng không yêu cầu kết nối lại vật lý của các sợi truyền. Hạn chế về chỉ đường được loại bỏ. ROADM không định hướng được triển khai cho các mục đích khôi phục hoặc định tuyến lại tạm thời các dịch vụ (ví dụ: do bảo trì mạng hoặc băng thông theo yêu cầu).
Contentionless	ROADM không gây tranh cãi loại bỏ vấn đề tiềm ẩn của hai bước sóng giống nhau va chạm trong ROADM.
Gridless	ROADM không lưới hỗ trợ nhiều lưới kênh ITU-T khác nhau với cùng một tín hiệu DWDM. Mức độ chi tiết của lưới có thể được điều chỉnh cho phù hợp với yêu cầu tốc độ truyền tải trong tương lai.

Để hiểu cách tiếp cận ROADM theo cấp độ này, sau đây là một số thuật ngữ chính thường được sử dụng liên quan đến ROADM.

Không màu

ROADM đơn giản bao gồm một WSS cho mỗi hướng, còn được gọi là "một độ". Các bước sóng vẫn được chỉ định và các bộ thu phát bổ sung / thả cố định được sử dụng. ROADM không màu loại bỏ hạn chế này: Với ROADM như vậy, bất kỳ bước sóng hoặc màu nào cũng có thể được gán cho bất kỳ cổng nào. Không cần cuộn xe tải vì thiết lập hoàn chỉnh được điều khiển bằng phần mềm. Các mô-đun bộ lọc phải được triển khai để nhận ra tính năng không màu.

Không định hướng

Điều này thường xuất hiện cùng với thuật ngữ “không màu”. Thiết kế không định hướng loại bỏ hạn chế hơn nữa của ROADM. Nhu cầu kết nối lại vật lý các sợi truyền dẫn được loại bỏ bằng cách sử dụng ROADM không định hướng vì không có hạn chế về hướng, ví dụ như hướng nam hoặc hướng bắc.

Không tranh cãi

Mặc dù không màu và không định hướng, ROADM đã mang lại tính linh hoạt cao, hai bước sóng sử dụng cùng tần số vẫn có thể va chạm trong ROADM. ROADM không ngăn cách cung cấp một cấu trúc bên trong chuyên dụng để tránh bị chặn như vậy.

Không có lưới

ROADM không lưới hỗ trợ lưới kênh bước sóng rất dày đặc và có thể được điều chỉnh cho phù hợp với các yêu cầu về tốc độ truyền trong tương lai. Tính năng này được yêu cầu đối với tốc độ tín hiệu hơn 100Gbit / s và các định dạng điều chế khác nhau trong một mạng.

Khi vô hướng

ROADM không định hướng là thiết kế ROADM phổ biến rộng rãi nhất vì chúng cho phép thêm / giảm bước sóng từ lưới ITU được hỗ trợ trên bất kỳ giao diện đường nào. Trong trường hợp chỉ có một biến thể không định hướng, các cổng thêm / thả cụ thể cho một bước sóng xác định. Sử dụng tùy chọn không màu, các cổng cũng có thể không có bước sóng cụ thể.

Công nghệ không định hướng chủ yếu được triển khai để định tuyến lại bước sóng đến các cổng khác theo yêu cầu cho mục đích khôi phục. Các ứng dụng khác cũng có thể thực hiện được, chẳng hạn như trong các tình huống băng thông theo yêu cầu. ROADM không hỗ trợ tính năng không định hướng có một số hạn chế về tính linh hoạt.

Khi không màu

ROADM không màu cho phép thay đổi bước sóng của một kênh quang cụ thể mà không cần nối lại cáp vật lý. ROADM không màu có thể được cấu hình lại để thêm / bớt bất kỳ bước sóng nào từ lưới ITU được hỗ trợ trên bất kỳ cổng bổ sung / thả nào. Bước sóng thêm / bớt có thể thay đổi (giao diện DWDM có thể điều chỉnh). Điều này cho phép -

• Nâng cao tính linh hoạt để cung cấp bước sóng và khôi phục bước sóng

• Chuyển đổi phục hồi, chuyển đổi hướng và chuyển đổi màu

• Ưu điểm chính của các cổng thêm / giảm không màu kết hợp với giao diện dòng DWDM có thể điều chỉnh được là tính linh hoạt nâng cao cho các mục đích cung cấp bước sóng và khôi phục bước sóng. Tự động điều chỉnh đến bước sóng miễn phí tiếp theo trên đường quang được yêu cầu.

Một trong những bước cuối cùng trong quá trình tự động hóa hoàn toàn mạng quang là việc triển khai ROADM không màu. Việc sử dụng các ROADM như vậy cho phép thêm / bớt bất kỳ bước sóng nào của lưới ITU được hỗ trợ trên bất kỳ cổng bổ sung / thả nào. Bước sóng trên cổng có thể thay đổi khi các bộ thu phát có thể điều chỉnh được được sử dụng làm mặt trước quang học.

Việc cung cấp và khôi phục bước sóng thậm chí còn dễ dàng hơn trước. Khi có bước sóng bận, hệ thống có thể tự động điều chỉnh bộ thu phát sang bước sóng rảnh tiếp theo. ROADM cung cấp tùy chọn sử dụng các tính năng thêm / thả cố định và không màu trong cùng một nút ROADM.

Khi không tranh cãi

ROADM không tranh chấp có thể thêm / giảm bất kỳ bước sóng nào tại bất kỳ cổng thêm / thả nào mà không có bất kỳ lưới tranh chấp nào trên bất kỳ cổng bổ sung / thả nào. Màu bước sóng chuyên dụng có thể được thêm / bớt nhiều lần (từ các giao diện dòng DWDM khác nhau) trên cùng một nhánh thêm / bớt. Nếu chỉ trang bị 8 cổng thêm / thả, thì phải có thể thả cùng một bước sóng từ 8 hướng dòng khác nhau trên 8 cổng thêm / bớt. Miễn là có sẵn các cổng thêm / thả miễn phí, nút ROADM phải có thể thêm / giảm bất kỳ bước sóng nào từ / đến bất kỳ giao diện dòng nào.

Sự kết hợp của chức năng Không màu, Không hướng và Không gây chú ý (CDC) mang lại mức độ linh hoạt cao nhất.

Khi không có lưới

Các nút ROADM không có lưới hỗ trợ các lưới kênh ITU-T khác nhau trong cùng một tín hiệu DWDM. Băng thông lưới có thể được cung cấp cho mỗi kênh.

Tính năng không kết nối lưới được yêu cầu cho các mạng vận hành tốc độ dữ liệu vượt quá 100Gbit / s hoặc cho mạng hoạt động với các sơ đồ điều chế khác nhau. Nó dành cho các mạng thế hệ tiếp theo với các giao diện đường truyền mạch lạc. Các tốc độ dữ liệu khác nhau đòi hỏi các yêu cầu bước sóng khác nhau tùy thuộc vào sơ đồ điều chế và tốc độ dữ liệu.

Tốc độ truyền đang tăng lên và các sơ đồ điều chế ngày càng trở nên phức tạp hơn. Một số công nghệ điều chế hiện nay có thể được trộn lẫn trên một sợi quang duy nhất. Tất cả điều này phản ánh trở lại công nghệ ROADM và tạo ra các yêu cầu cho ROADM không lưới. Các ROADM như vậy hoạt động trên lưới tần số dày đặc và cho phép cung cấp băng thông trên mỗi kênh. Các kênh dữ liệu hiện nay yêu cầu các yêu cầu về bước sóng khác nhau tùy thuộc vào sơ đồ điều chế và tốc độ dữ liệu của chúng.

Các ứng dụng điển hình là các mạng hoạt động với tốc độ dữ liệu vượt quá 100Gbit / s hoặc chạy song song các sơ đồ điều chế khác nhau. Ví dụ, tình huống thứ hai có thể dễ dàng tồn tại khi triển khai các công nghệ truyền dẫn mạch lạc.