Mạng quang - ROADM

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
Mở rộng phạm vi tiếp cận trong suốt 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.

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 bổ sung / 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 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 các yêu cầu về 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. Mô-đun bộ lọc phải được triển khai để nhận ra đặc điểm 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 điều chỉnh được). 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 / thả không màu kết hợp với giao diện dòng DWDM có thể điều chỉnh 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 có 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.