Оптические сети — Введение

Нынешнее мышление об IP поверх WDM, определяющее путь к оптической сети передачи данных, которая включает в себя несколько сетевых протоколов передачи данных в сочетании с нейтральной по протоколу инфраструктурой оптических сетей. В этом руководстве обсуждается разнообразие сетевых протоколов и сетевых архитектур для оптических сетей.

Взрыв полосы пропускания, вызванный популярностью Интернета, привел к смещению парадигмы в телекоммуникационной отрасли от услуг с коммутацией каналов, оптимизированных для голосовой связи, к сервисам с коммутацией пакетов, оптимизированным для передачи данных. Нотация поддержки «данных непосредственно через оптику» была вызвана обещанием, что устранение ненужных сетевых уровней приведет к значительному снижению стоимости и сложности сети.

В этом представлении об уменьшенных или свернутых сетевых уровнях существующие системы TDM, такие как синхронная цифровая иерархия (SDH), играют все меньшую роль, а оптические транспортные сети становятся базовой транспортной инфраструктурой для результирующей «сети сетей».

Оптический интернет

Оптический интернет, работающий, например, как определено Оптическим форумом взаимодействия (OIF), представляет собой сетевую инфраструктуру, оптимизированную для передачи данных, в которой коммутаторы и маршрутизаторы имеют встроенные оптические интерфейсы и напрямую соединяются с помощью волоконно-оптических или оптических сетевых элементов, таких как Dense Wavelength- Мультиплексоры деления (DWDM).

В настоящее время, однако, понятие IP непосредственно через WDM — это не что иное, как хитро замаскированный маркетинг. Практически всегда IP поверх WDM — это IP-пакеты, отображаемые в SDH в сочетании с двухточечными DWDM-системами на основе SDH. Отдельные элементы SDH, часто называемые мультиплексором с временным разделением (TDM), не требуются, но SDH остается неотъемлемым элементом интерфейса оборудования для передачи данных.

Постоянно растущая зависимость от наличия SDH в системах DWDM ограничивает технологические инновации. Например, он может блокировать приложения, работающие по оптоволоконному кабелю, такие как асинхронный режим передачи (ATM), гигабитный Ethernet (GbE) и 10 GbE по DWDM. Это также не приближает нас к реализации окончательного видения оптических транспортных сетей.

По сравнению с нынешним представлением IP поверх WDM, существует более сбалансированное представление об эволюции сети передачи данных / транспорта. Этот сбалансированный взгляд основан на двух фундаментальных принципах —

• Каждая сеть передачи данных уникальна на рынке, который определяется дифференциацией.

• Оптическая транспортная сеть (OTN), как базовая инфраструктура «сеть сетей», должна быть способна передавать широкий спектр клиентских сигналов независимо от их формата.

Каждая сеть передачи данных уникальна на рынке, который определяется дифференциацией.

Оптическая транспортная сеть (OTN), как базовая инфраструктура «сеть сетей», должна быть способна передавать широкий спектр клиентских сигналов независимо от их формата.

Вместе эти фундаментальные принципы формируют основу для концепции оптических сетей передачи данных.

Конвергентные сети

Сегодняшние транспортные сети на основе TDM были разработаны для обеспечения гарантированного уровня производительности и надежности для преобладающих голосовых и линейных услуг. Проверенные технологии, такие как SDH, получили широкое распространение, обеспечивая высокую пропускную способность, масштабируемую до гигабитных скоростей для приложений голосовой связи и выделенных линий. Кольца самовосстановления SDH обеспечивают восстановление уровня обслуживания в течение десятков миллисекунд после сбоев сети. Все эти функции поддерживаются устоявшимися мировыми стандартами, обеспечивающими высокую степень совместимости с различными поставщиками.

Сегодняшняя сеть

В отличие от современных транспортных сетей на основе TDM (и, в некоторой степени, с сетями ATM), в IP-сетях «с максимальными усилиями», как правило, отсутствуют средства, гарантирующие высокую надежность и предсказуемую производительность. Лучшая услуга, предоставляемая большинством устаревших IP-сетей с непредсказуемой задержкой, дрожанием и потерей пакетов, — это цена, заплаченная за достижение максимального использования канала посредством статистического мультиплексирования. Использование канала (например, количество пользователей на единицу пропускной способности) является важным показателем качества для сетей передачи данных, поскольку каналы обычно передаются по выделенным каналам через транспортную сеть TDM.

Принимая во внимание импульсный характер трафика данных, каналы с фиксированной полосой пропускания транспорта TDM могут не быть идеально эффективным решением. Однако эта неэффективность традиционно считалась менее важной, чем функции обеспечения надежности сети и перегрузки перегрузки поставщика транспортной сети на основе TDM.

Растущий спрос на широкополосные и дифференцированные услуги передачи данных в настоящее время бросает вызов этой модели с двойной архитектурой транспортных сетей на основе TDM и пакетных сетей с наилучшими усилиями. Не выгодно расширять полезность сетей с максимальными усилиями за счет избыточной пропускной способности сети и поддержания легкой загрузки сети.

Кроме того, этот подход не всегда может быть достигнут или гарантирован из-за незначительного роста спроса, и он представляет собой особую проблему для области доступа к сети, которая наиболее чувствительна к экономическим ограничениям недостаточно используемых средств. В результате, как правило, поставщики услуг передачи данных сегодня не имеют поддержки сетевой инфраструктуры для предоставления дифференцированных гарантий обслуживания отдельных клиентов и соответствующих соглашений об уровне обслуживания.

Сеть следующего поколения

В сетевых архитектурах следующего поколения для экономически эффективной, надежной и масштабируемой эволюции будут использоваться как транспортные сети, так и расширенные уровни обслуживания, которые будут работать вместе, дополняя и взаимодействуя друг с другом. Эти сети следующего поколения резко увеличат и максимально совместно используют емкость инфраструктуры магистральной сети и обеспечат сложную дифференциацию услуг для новых приложений данных.

Транспортные сети позволяют уровням обслуживания работать более эффективно, освобождая их от ограничений физической топологии, чтобы сосредоточиться на достаточно большой задаче удовлетворения требований к обслуживанию. Следовательно, дополняя многие усовершенствования уровня обслуживания, оптическая транспортная сеть обеспечит унифицированный оптимизированный уровень управления пропускной способностью с высокой пропускной способностью и высокой надежностью, а также создаст так называемые оптические сетевые решения для передачи данных с более высокой пропускной способностью и гарантированным качеством.

Оптические транспортные сети: практический взгляд

Видения оптических сетей захватили воображение исследователей и специалистов по планированию сетей, начиная с быстрой и успешной коммерциализации WDM. В оригинальном видении оптической транспортной сети появляется гибкая, масштабируемая и надежная транспортная сеть, удовлетворяющая растущему разнообразию клиентских сигналов с одинаково различными требованиями к обслуживанию (гибкость, масштабируемость и живучесть в сочетании с битрейтом и независимостью от протокола).

Перспектива транспортной инфраструктуры, способной удовлетворить растущую полосу пропускания, требует еще и этого нового столетия, в котором длины волн заменяют временные интервалы, поскольку среда для обеспечения надежной передачи услуг с высокой пропускной способностью по сети действительно дразнит. Но что такое оптические сети? Ответ варьируется в широких пределах, и фактически развивался в последние годы. Первые попытки создания оптических сетей были сосредоточены на оптической прозрачности и разработке оптически прозрачных сетей в глобальном масштабе.

Практическое решение

В отсутствие жизнеспособных «полностью оптических» решений более практичные решения для оптических сетей учитывают необходимость в оптоэлектронике для поддержки регенерации оптического сигнала и контроля характеристик оптического сигнала. В так называемой полностью оптической сети сигналы проходят через сеть полностью в оптической области без какой-либо формы оптоэлектронной обработки. Это подразумевает, что вся обработка сигналов, включая регенерацию, маршрутизацию и обмен длинами сигналов, происходит полностью в оптической области.

Из-за ограничений аналоговой инженерии (например, ограничивающий фактор в правильно спроектированной цифровой системе является одной точностью преобразования исходного сигнала аналогового сообщения в цифровую форму) и с учетом современного состояния дел в полностью оптической технологии обработки Понятие глобальных или даже общенациональных оптических сетей практически не достижимо.

В частности, оптоэлектронное преобразование может потребоваться в элементах опто-сети для предотвращения накопления ухудшений передачи — искажений, которые возникают в результате таких факторов, как области хроматической дисперсии волоконно-оптического волокна и нелинейностей, каскадирование неидеальных усилителей с плоским усилением, перекрестные помехи оптического сигнала, и сужение спектра передачи от каскадных неплоских фильтров. Оптико-электронное преобразование может также поддерживать обмен длинами волн, который в настоящее время является сложной функцией для реализации во всей оптической области.

Короче говоря, в отсутствие коммерчески доступных устройств, которые выполняют регенерацию сигнала, чтобы смягчить накопление искажений и поддержать преобразование длины волны во полностью оптической области, некоторая мера оптоэлектронного преобразования должна ожидаться в ближайших практических архитектурах оптических сетей. Получающиеся в результате архитектуры оптических сетей могут характеризоваться оптически прозрачными (или полностью оптическими) подсетями, ограниченными оптоэлектроникой с расширенными возможностями, как показано на рисунке выше.

Прозрачность сигнала клиента

Помимо проектирования аналоговых сетей, практические соображения будут по-прежнему определять конечную реализацию OTN. Первостепенное значение среди этих соображений имеет стремление оператора сети обеспечить высокую степень прозрачности сигнала клиента в будущей транспортной инфраструктуре.

Что подразумевается под «прозрачностью сигнала клиента»? В частности, для требуемого набора клиентских сигналов, предназначенных для передачи по OTN, определяются отдельные отображения для переноса этих сигналов в качестве полезных нагрузок сигналов сервера оптического канала (OCh). Ожидаемые в OTN сигналы включают в себя устаревшие сигналы SDH и PDH и трафик на основе пакетов, такой как Интернет-протокол (IP), ATM, GbE и Ssimple Ddata Llink (SDL). Как только сигнал клиента был отображен в его сигнал сервера OCh на входе OTN, оператору, развертывающему такую ​​сеть, не нужно иметь подробных знаний (или доступа) к сигналу клиента, пока он не отобразится на выходе сети.

Точки входа и выхода оптической сети должны ограничивать область прозрачности сигнала клиента OTN. Следовательно, наиболее важным фактором в реализации прозрачности сигнала клиента является устранение всего клиентского оборудования и обработки между входными и выходными точками OTN. К счастью, на входе / выходе легче принимать зависящее от клиента оборудование, поскольку оно обычно предназначается для каждой услуги.

Оптические транспортные сети с помощью цифровых упаковщиков

Широкое использование технологии DWDM поставило перед поставщиками услуг новую задачу: как экономически эффективно управлять растущим числом длин волн, чтобы предоставлять быстрые и надежные услуги своим конечным клиентам. Для эффективного управления длиной волны или OCh требуется, чтобы оптические сети поддерживали функции операций, администрирования и обслуживания (OAM) для каждой длины волны или уровня OCh.

МСЭ (T) Рек. G872 определяет некоторые функциональные возможности для OAM уровня OCh, реализованного в форме служебных данных, без указания того, как эти служебные данные должны переноситься. До настоящего времени единственным реальным способом поддержки регенерации сигналов, а также мониторинга, анализа и управления OChs (длинами волн) было использование сигналов и оборудования SDH во всей сети. Это требует, чтобы сигналы на каждой из длин волн в системе WDM были отформатированы в SDH.

Оптический канал (длина волны)

Используя преимущества существующих оптоэлектронных точек регенерации в системах DWDM, идея использования технологии цифровой обертки обеспечит функциональность и надежность, аналогичные SDH, но для любого сигнала клиента, что приблизит нас на один шаг к реализации оригинального видения оптической транспортной сети. ,

Технология цифровой оболочки обеспечивает функции управления сетью, описанные в Рекомендации МСЭ (T). G.872 для включения OTN. Они включают в себя мониторинг производительности на оптическом уровне, Fforward Eerror Ccorrection (FEC), а также защиту кольца и восстановление сети для каждой длины волны, причем все они не зависят от формата входного сигнала, как показано на следующем рисунке.

Недавно было предложено и используется в качестве основы для определения OCh понятие использования цифровой (или TDM) обертки для каждого «клиента» OCh для поддержки служебных данных OCh, связанных с каналом. В этой схеме будет использоваться необходимость регенерации OCh для добавления дополнительной емкости клиенту OCh. Конечно, когда у нас есть средство для добавления служебной информации к цифровому сигналу клиента OCh, имеет смысл использовать это для поддержки всех требований OAM уровня OCh.

В частности, добавленные в цифровом виде служебные данные делают почти тривиальным решение основной проблемы мониторинга производительности OTN, а именно обеспечения доступа к частоте ошибок Bbit (BER) независимо от клиента. B и, дополнительно, используя FEC, метод цифровой обертки может значительно повысить производительность BER клиентского сигнала, дополнительно минимизируя требования к оптоэлектронному преобразованию.

Одним из способов повышения производительности транспортной сети является использование FEC, которое в настоящее время предусмотрено в некотором оборудовании. Следовательно, дополнительным преимуществом технологии цифровой обертки является возможность опционально поддерживать FEC для повышения запаса по системе.

Рамная структура ОЧ

С функциональной точки зрения полезная нагрузка OCh и OAM должны быть отделены от механизма FEC. Это позволяет переносить полезную нагрузку и конец OAM по сети, используя разные схемы FEC на разных каналах. Очевидный пример того, где это может произойти, — между подводными и наземными связями. В первом случае новые коды FEC исследуются для систем следующего поколения.

На следующем рисунке ниже Рис. Иллюстрирует предлагаемую базовую структуру кадра OCh и типы функций, которые могут переноситься в структуре кадра OCh. Хотя можно утверждать, что это предложение не соответствует долгосрочным целям всех оптических сетей, мы не должны ожидать, что необходимость в регенерации исчезнет.

Расстояние между точками регенерации будет продолжать увеличиваться; однако потребность в регенерации в точках передачи сигнала сохранится. В сочетании с использованием оптического контрольного канала (OSC) для управления OCh в оптически прозрачных подсетях цифровые оболочки будут поддерживать сквозное управление OCh (длиной волны) в национальных или глобальных OTN.

3R-регенерация (изменение формы, повторная установка и регенерация) обеспечивается посредством оптического преобразования в электрическую и наоборот, и предложение цифровой обертки использует это преимущество. Изменится ли картина, если станет доступна полностью оптическая 3R-регенерация? Если полностью оптическая регенерация способна добавить накладные расходы, аргумент не изменяется; изменилась бы только реализация регенератора.

Если оптические регенераторы не могут добавить накладные расходы, необходимость в накладных OChs не исчезнет. ; Оптические регенераторы тогда просто увеличивали бы потенциальное расстояние между оптоэлектронными точками регенерации, и цифровая оболочка прозрачно проходила через них. Последствия использования цифровых оболочек для эволюции оптических транспортных сетей могут быть очень серьезными, особенно если учитывать их в контексте тенденций в области сетей передачи данных.

Выбор стека протоколов

Протокол IP, несомненно, является уровнем конвергенции в современных сетях передачи данных, и, как ожидается, он расширит эту роль до мультисервисных сетей в ближайшие годы. IP может передаваться по широкому спектру протоколов канального уровня и базовых сетевых инфраструктур. На приведенном ниже рисунке ниже показаны некоторые из возможных стеков протоколов или отображений IP в сетевую инфраструктуру WDM.

Что такое IP поверх WDM?

Стеки протоколов, обозначенные a, b и d на следующем рисунке, являются наиболее распространенными на сегодняшний день. Они используют классическое сопоставление IP поверх ATM через SDH, как показано на рис. пакет по SDH (POS), как показано на рис. (б); или классический и хорошо расширенный IP через Ethernet, как показано на рис. (d). В случаях (e) и (f) используется Simple Data Link (SDL), новый уровень канала передачи данных, недавно предложенный в качестве альтернативы POS. Стек протоколов, помеченный (c), является альтернативой случаю (a), где промежуточный уровень SDH исключается и выполняется прямое отображение ячеек ATM в WDM.

Эти разные стеки протоколов предоставляют разные функциональные возможности с точки зрения накладных расходов полосы пропускания, масштабируемости скорости, управления трафиком и QOS. Утверждать, что любое конкретное отображение представляет IP поверх WDM, крайне неискренне.

Такое разнообразие протоколов канального уровня и отображений IP в различные базовые сетевые инфраструктуры является одной из основных сильных сторон IP, и эта характеристика не исчезнет. Напротив, вполне возможно, что для транспортировки пакетов IP будет предложено новое, инновационное и более эффективное сопоставление протоколов. Это уже относится к сетям с низкой пропускной способностью и низкой надежностью, а также к сетям с высокой пропускной способностью и высоконадежным оптическим сетям. Эта точка зрения также вписывается в концепцию «все об IP и IP обо всем».

Оптическая сеть передачи данных

IP через WDM, как определено сегодня, накладывает ограниченное представление о возможностях, которые могут предоставить сети передачи данных и оптические сети. Ограничения, вводимые одним стеком протоколов и не полностью использующие сетевые возможности на оптическом уровне, очень ограничивают некоторые сетевые приложения.

Упомянутые выше сетевые тенденции требуют наличия оптической сетевой платформы, которая может поддерживать различные стеки протоколов, сетевые архитектуры, а также варианты защиты и восстановления независимо от сигнала клиента. Выбор POS поверх точка-точка WDM лучше всего подходит для некоторых сетевых приложений в высокоскоростных сетях передачи данных, но, безусловно, не для всех. Кроме того, оптическая платформа, выбранная для реализации и развертывания этих будущих сетей передачи данных, должна гарантировать, что новые неожиданные отображения стека протоколов могут быть легко приспособлены, и они могут получать те же сетевые функции из сети оптического уровня без необходимости промежуточного преобразования протокола.

Оптические сети передачи данных — это альтернативный подход, который не пытается уменьшить гетерогенность стеков протоколов и сетевых архитектур, а скорее использует гетерогенность для предоставления специализированных сетевых решений для каждого конкретного приложения и сегмента сетевого поставщика. Оптическая сеть передачи данных сочетает в себе сетевые функции как на сервисном, так и на транспортном уровнях.

Основной компонент оптической сети передачи данных

Разнообразие стеков протоколов, отраженное в множественности типов сигналов клиента, которые должны поддерживаться в OTN, обеспечивается использованием цифровых оболочек. Использование настоящих возможностей оптических сетей обеспечивает дополнительную гибкость и надежность благодаря маршрутизации OCh, мониторингу неисправностей и производительности, защите и восстановлению, причем все они выполняются выборочно на основе OCh. Все эти элементы, объединенные вместе, представляют собой мощное и гибкое сетевое решение, которое ориентировано на будущее и открыто для любого конкретного видения поставщиков услуг передачи данных.

Эта технология является экономически эффективной и более гибкой для обновления пропускной способности каналов, добавления / отбрасывания каналов, перенаправления и распределения трафика, поддержки всех типов топологии сетей, систем защиты и синхронизации. Ниже приведены основные компоненты —

• TP (Транспондер)
• VOA (Переменный Оптический Аттенюатор)
• MUX (мультиплексор)
• DEMUX (Демультиплексор)
• BA (Бустерный усилитель)
• Линия (OFC media)
• LA (линейный усилитель)
• PA (Предварительный Усилитель)
• OSC (Оптический канал наблюдения)

транспондер

Это устройство является интерфейсом между импульсным оптическим сигналом STM-n и оборудованием MUX / DEMUX. Этот оптический сигнал может быть совмещенным или исходить из разных физических сред, разных протоколов и типов трафика. Он преобразует сигнал широкого импульса в узкую длину волны (точечная или окрашенная частота) порядка нанометра (нм) с шагом 1,6 нм; отправка в MUX.

В обратном направлении цветной вывод из DEMUX преобразуется в широкий импульсный оптический сигнал. Уровень выходной мощности составляет от +1 до –3 дБм в обоих направлениях. Преобразование оптическое в электрическое и электрическое в оптическое (O в E & E в O) в методе 2R или 3R.

В 2R регенерация и изменение формы выполняются, в то время как в 3R выполняется регенерация, изменение формы и изменение времени. TP может зависеть от цвета волны и скорости передачи битов или настраиваться для обоих (дорогостоящих и не используемых). Однако в 2R любая скорость передачи данных, PDH, STM-4 или STM-16 может быть скоростью канала. Устройство имеет ограничение по чувствительности приемника и точке перегрузки.

Хотя промежуточная электрическая ступень недоступна, служебные байты STN-n используются в целях контроля. Это устройство также поддерживает оптическую безопасность (ALS) в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т G.957.

Переменный оптический аттенюатор (VOA)

Это пассивная сеть, подобная предварительному выделению, необходимому для настройки равномерного распределения уровня сигнала по полосе EDFA, так что оптическая выходная мощность отдельного канала блока Mux остается неизменной независимо от количества каналов, загружаемых в систему.

Оптический аттенюатор похож на простой потенциометр или схему, используемую для снижения уровня сигнала. Аттенюатор используется всякий раз, когда необходимо выполнить тест производительности, например, чтобы увидеть, как на битовую ошибку влияет изменение уровня сигнала в канале. Одним из способов является точная механическая установка, при которой оптический сигнал проходит через стеклянную пластину с различным количеством темноты, а затем обратно в оптическое волокно, как показано на рисунке.

Стеклянная пластина имеет плотность серого в диапазоне от 0% на одном конце до 100% на другом конце. Когда пластина перемещается через зазор, больше или меньше световой энергии пропускается. Аттенюатор этого типа очень точный и может работать с любой длиной волны света (поскольку пластина ослабляет любую световую энергию на одинаковую величину независимо от длины волны), но он механически дорог.

Мультиплексор (MUX) и Демультиплексор (De-MUX)

Поскольку системы DWDM отправляют сигналы от нескольких станций по одному волокну, они должны включать некоторые средства для объединения входящих сигналов. Это делается с помощью мультиплексора, который берет оптические длины волн от нескольких волокон и объединяет их в пучок. На приемном конце система должна быть способна отделить передаваемые длины волн светового луча, чтобы их можно было незаметно обнаружить.

Демультиплексоры выполняют эту функцию, разделяя принятый луч на составляющие его длины волны и соединяя их в отдельные волокна.

Мультиплексоры и демультиплексоры могут быть пассивными или активными по дизайну. Пассивный дизайн использует призму, дифракционные решетки или фильтры, в то время как активный дизайн сочетает пассивные устройства с перестраиваемыми фильтрами.

Основными проблемами в этих устройствах являются минимизация перекрестных помех и максимальное разделение каналов (разность длин волн между двумя соседними каналами). Перекрестные помехи — это мера того, насколько хорошо каналы разделены, а разделение каналов относится к способности различать каждую длину волны.

Типы мультиплексора / демультиплексора

Тип призмы

Простая форма мультиплексирования или демультиплексирования длин волн может быть выполнена с использованием призмы.

Параллельный пучок полихроматического света падает на поверхность призмы, и длина волны каждого компонента преломляется по-разному. Это эффект радуги . В выходном свете каждая длина волны отделена от следующей углом. Затем линза фокусирует каждую длину волны до точки, где она должна войти в волокно. Компоненты могут использоваться в обратном порядке для мультиплексирования различных длин волн на одном волокне.

Тип дифракционной решетки

Другая технология основана на принципе дифракции и оптических помех. Когда полихроматический источник света падает на дифракционную решетку, каждая длина волны дифрагируется под другим углом и, следовательно, в другой точке пространства. Используя линзу, эти длины волн можно сфокусировать на отдельных волокнах, как показано на следующем рисунке. Брэгговская решетка — это простой пассивный компонент, который может использоваться в качестве зеркал с селективной длиной волны и широко используется для добавления и удаления каналов в системах DWDM.

Решетки Брэгга сделаны с использованием ультрафиолетового лазерного луча, чтобы осветить сердцевину одномодового волокна через фазовую маску. Волокно легировано фосфором, германием или бором, чтобы сделать его светочувствительным. После того, как свет прошел через маску, образуется полоса, которая «печатается» в волокне. Это создает постоянную периодическую модуляцию показателя преломления стекловолоконной сердцевины. Готовая решетка отражает свет на длине волны Брэгга (равной удвоенному оптическому расстоянию между областями высокого и низкого индексов) и пропускает все другие длины волн.

Перестраиваемая брэгговская решетка

Волокнистая решетка Брэгга может быть приклеена к пьезоэлектрическому элементу. При подаче напряжения на элемент, элемент растягивается, так что решетка растягивается, и длина волны Брэгга сдвигается в сторону большей длины волны. Существующие устройства могут обеспечить диапазон настройки 2 нм для входа 150 В.

Решетчатая волноводная решетка

Массивные волноводные решетки (АРГ) также основаны на принципах дифракции. Устройство AWG, иногда называемое оптическим волноводным маршрутизатором или волноводным решеточным маршрутизатором, состоит из массива изогнутых канальных волноводов с фиксированной разницей в длине пути между соседними каналами. Волноводы соединены с полостями на входе и выходе.

Оптический мультиплексор

Когда свет попадает во входную полость, он дифрагируется и попадает в волноводную решетку. Таким образом, разность оптических длин каждого волновода приводит к задержкам фазы в выходном резонаторе, где массив волокон соединен. В результате этого процесса на разных длинах волн возникают максимальные помехи в разных местах, что соответствует выходным портам.

Многослойные интерференционные фильтры

Другая технология использует интерференционные фильтры в устройствах, называемых тонкопленочными фильтрами или многослойными интерференционными фильтрами. Позиционируя фильтры, состоящие из тонких пленок на оптическом пути, можно демультиплексировать длину волны. Свойство каждого фильтра таково, что он пропускает одну длину волны, отражая другие. Каскадируя эти устройства, можно демультиплексировать много длин волн.

Фильтры обеспечивают хорошую стабильность и изоляцию между каналами при умеренной стоимости, но с высокими вносимыми потерями (AWG демонстрируют плоский спектральный отклик и низкие вносимые потери). Основным недостатком фильтра является то, что он чувствителен к температуре и может не использоваться практически во всех средах. Однако их большое преимущество заключается в том, что они могут быть разработаны для одновременного выполнения операций мультиплексирования и демультиплексирования.

Тип муфты ОМ

Муфта OM представляет собой поверхность, взаимодействующую с двумя или более волокнами, спаянными вместе. Как правило, он используется для ОМ, и его принципы работы показаны на следующем рисунке.

Муфта OM может выполнять функцию мультиплексирования только при низкой стоимости изготовления. Его недостаток — высокая вносимая потеря. В настоящее время OM, используемый в оборудовании DWDM ZTWE, использует муфту OM. OD принимает компоненты AWG.

Бустерные усилители (оптические усилители)

Из-за затухания существуют ограничения на то, как долго сегмент волокна может распространять сигнал с целостностью, прежде чем он должен быть восстановлен. До появления оптических усилителей (OAs) должен был быть ретранслятор для каждого передаваемого сигнала. ОА позволил усилить все длины волн одновременно и без оптического, электрического и оптического преобразования. Помимо использования в оптических линиях связи (в качестве повторителя), оптические усилители также могут использоваться для повышения мощности сигнала после мультиплексирования или перед демультиплексированием.

Типы оптических усилителей

На каждом оптическом маршруте оптические усилители использовались в качестве повторителей в симплексном режиме. Одно волокно использовалось в пути передачи, а второе волокно использовалось в пути возврата. Новейшие оптические усилители будут работать в двух направлениях одновременно. Мы даже можем использовать одну и ту же длину волны в двух направлениях, при условии, что используются две разные скорости передачи данных. Поэтому для дуплексной работы может использоваться одно волокно.

Оптические усилители также должны иметь достаточную ширину полосы пропускания для передачи диапазона сигналов, работающих на разных длинах волн. Например, SLA со спектральной полосой пропускания, скажем, 40 нм, может обрабатывать около десяти оптических сигналов.

В системе со скоростью 565 Мбит / с для оптической линии связи 500 км требуются пять оптических усилителей SLA с интервалом 83 км. Каждый усилитель обеспечивает усиление около 12 дБ, но также вносит шум в систему (BER 10-9.)

Усилители SLA имеют следующие недостатки —

• Чувствителен к изменениям температуры
• Чувствителен к изменениям напряжения питания
• Чувствителен к механическим вибрациям
• ненадежный
• Склонны к перекрестным помехам

Усилитель на основе легированного эрбием волокна (EDFA)

В системах DWDM используются EDFA. Эрбий является редкоземельным элементом, который при возбуждении излучает свет около 1,54 микрометра, что является длиной волны с малыми потерями для оптических волокон, используемых в DWDM. Слабый сигнал поступает в волокно, легированное эрбием, в которое излучается свет с длиной волны 980 нм или 1480 нм с помощью лазера накачки.

Этот инжектированный свет стимулирует атомы эрбия высвобождать свою накопленную энергию в виде дополнительного света с длиной волны 1550 нм. Сигнал становится сильным. Спонтанные выбросы в EDFA также добавляют коэффициент шума EDFA. EDFA имеют типичную полосу пропускания 100 нм и необходимы с интервалом 80-120 км по оптическому маршруту.

EDFA также страдает от эффекта, называемого четырехволновым смешением из-за нелинейного взаимодействия между соседними каналами. Следовательно, увеличение мощности усилителя для увеличения расстояния между повторителями приводит к большему количеству перекрестных помех.

Рамановский усилитель

Использование усилителей SLA и EDFA в WDM ограничено, как уже описано, и современные системы WDM обращаются к рамановскому усилению, которое имеет полосу пропускания около 300 нм. Здесь лазер накачки находится на приемном конце волокна. Перекрестные помехи и шум значительно снижаются. Однако рамановское усиление требует использования лазера с высокой накачкой.

Дисперсия в волокне фактически помогает минимизировать эффект «четырехволнового смешивания». К сожалению, в ранних оптических каналах часто использовалось волокно с нулевой дисперсией, чтобы минимизировать дисперсию на большие расстояния, когда эти самые волокна модернизируются для передачи сигналов WDM; они не являются идеальной средой для широкополосных оптических сигналов.

Для использования WDM разрабатываются специальные одномодовые волокна. Они имеют чередующиеся сегменты положительных и отрицательных дисперсионных волокон, следовательно, общая дисперсия складывается до нуля. Отдельные сегменты, однако, обеспечивают дисперсию для предотвращения четырехволнового смешивания.

Линейные усилители

Это двухступенчатый усилитель EDFA, состоящий из предварительного усилителя (PA) и бустерного усилителя (BA). Без двух ступеней невозможно усилить сигнал до 33 дБ по принципу EDFA (чтобы избежать шума, создаваемого спонтанным излучением). Линейный усилитель (LA) компенсирует потери в линии на 22 дБ или 33 дБ для систем с длинной и очень длительной передачей соответственно. Это полностью оптическое сценическое устройство.

Line (OFC) Media

Это оптоволоконный носитель, по которому распространяются сигналы DWDM. Затухание и дисперсия являются основными ограничивающими факторами, определяющими расстояние передачи, пропускную способность и т. Д. Как правило, 22 дБ и 33 дБ принимаются как потери в линии для длины скачка для систем с большим и большим расстоянием соответственно.

Длина волны очень длинной линии может быть 120 км без повторителя (LA). Однако при наличии ряда ретрансляторов длина может быть до 600 км, что может быть дополнительно увеличено до 1200 км с использованием модуля компенсации дисперсии. После такого расстояния требуется повторная генерация на электрической ступени вместо повторителя только на оптической ступени.

Предварительный усилитель (PA)

Один только этот усилитель используется на терминале для сопряжения с DEMUX и линией для приема сигнала, поступающего от удаленной станции. Следовательно, ослабленный линейный сигнал усиливается до уровня от +3 дБм до 10 дБм перед входом в блок DEMUX.

Оптический канал наблюдения

Функция передачи дополнительных данных (2 Мбит / с: EOW, пользовательские данные и т. Д. Через интерфейс) на отдельной длине волны (1480 нм согласно Рекомендации МСЭ-Т G-692) более низкого оптического уровня без какого-либо обеспечения оптической безопасности, сопровождаемой и независимый от основного STM-n оптический сигнал трафика, выполняется OSC. EOW (от 0,3 до 3,4 кГц) для избирательного и универсального канала составляет 64 кбит / с в 8-битном коде PCM.

Оптический канал наблюдения (OSC) помогает контролировать и контролировать устройства оптической линии, а также управлять обнаружением неисправностей, конфигурацией, производительностью и безопасностью, выполненными с использованием LCT.

Оптические сети — устройства

В этой главе мы обсудим различные компоненты оптических устройств.

изолятор

Изолятор представляет собой невзаимное устройство, которое позволяет свету проходить вдоль волокна в одном направлении и обеспечивает очень высокое затухание в противоположном направлении. В оптической системе необходимы изоляторы для предотвращения нежелательных отражений, возврата волокон и нарушения работы лазера (создания шума). В производстве изоляторов используется эффект Фарадея , который зависит от поляризации.

Изоляторы построены с использованием оптических поляризаторов, анализаторов и ротатора Фарадея. Оптический сигнал проходит через поляризатор, ориентированный параллельно входящему состоянию поляризации. Вращатель Фарадея будет вращать поляризацию оптического сигнала на 45 градусов.

Затем сигнал проходит через анализатор, который ориентирован под углом 45 градусов относительно входного поляризатора. Изолятор пропускает оптический сигнал слева направо и меняет свою поляризацию на 45 градусов, а потери составляют около 2 дБ.

распространитель

Циркуляторы являются микрооптическими устройствами и могут использоваться с любым количеством портов, однако обычно используются циркуляторы с 3 портами / 4 портами. Он имеет относительно низкие потери от 0,5 до 1,5 дБ от порта к порту.

Основная функция циркулятора показана на рисунке выше. Свет, входящий в любой конкретный порт (скажем, порт 1), распространяется вокруг циркулятора и выходит на следующий порт (скажем, порт 2). Свет, входящий в порт 2, уходит в порт 3 и так далее. Устройство симметрично в работе по кругу. Циркуляторы являются микрооптическими устройствами и могут быть выполнены с любым количеством портов. Тем не менее, 3 и 4-портовые циркуляторы очень распространены. Циркуляторы имеют очень низкие потери. Типичные потери от порта к порту составляют от 0,5 до 1,5 дБ.

Сплиттеры и Муфты

Устройства связи и делители используются для объединения оптических сигналов и / или разделения оптических сигналов. Подавляющее большинство одномодовых оптических ответвителей используют принцип резонансной связи. Два оптоволоконных сердечника SM расположены параллельно и близко друг к другу. Оптическая сила передается от одного сердечника к другому и обратно за счет индукции электромагнитных волн. Силовая связь зависит от длины соединительной секции.

Три важные характеристики —

• Return Loss — количество отраженной и потерянной силы.

• Insertion Loss — количество потерянного сигнала при общем прохождении через устройство.

• Excess Loss — дополнительная потеря устройства выше теоретической потери.

Return Loss — количество отраженной и потерянной силы.

Insertion Loss — количество потерянного сигнала при общем прохождении через устройство.

Excess Loss — дополнительная потеря устройства выше теоретической потери.

Типы муфт

• Y стяжки
• Звездные стяжки
  • Плавленое волокно
  • Смесительная плита
  • Планар (свободное пространство)
  • 3 дБ ответвитель
• Разделитель луча

фильтры

Фильтры используются для выбора сигнала в транс тракте и приемнике из множества сигналов. Решетки являются фильтрами. Переключатели, модуляторы, AWG, мультиплексоры и т. Д. Рассматриваются как типы фильтров.

Ниже приведены типы фильтров —

• Фабри-Перо
• Перестраиваемый фильтр
• Внутренний фильтр Брэгга

Фильтры используются перед светодиодом для сужения ширины линии перед передачей. Фильтры будут очень полезны в сетях WDM для —

• Фильтр, размещенный перед некогерентным приемником, можно использовать для выбора конкретного сигнала из множества поступающих сигналов.

• Предложены сети WDM, которые используют фильтры для управления тем, какой путь через сеть будет проходить сигнал.

Фильтр, размещенный перед некогерентным приемником, можно использовать для выбора конкретного сигнала из множества поступающих сигналов.

Предложены сети WDM, которые используют фильтры для управления тем, какой путь через сеть будет проходить сигнал.

Волоконные брэгговские решетки являются наиболее важным оптическим фильтром в мире связи.

модуляторы

Модуляторы состоят из материала, который изменяет свои оптические свойства под воздействием электрического или магнитного поля. В целом, используются три подхода —

• Электрооптические и магнитооптические эффекты
• Электропоглощающие эффекты
• Акустические модуляторы

Из-за механических колебаний Ref. Указатель существенных изменений. Акустические модуляторы используют очень высокочастотный звук. Контролируя интенсивность звука, мы можем контролировать количество отклоненного света и, следовательно, построить модулятор.

Ниже приведены некоторые из его преимуществ —

• Они могут выдерживать довольно высокую мощность.

• Количество преломленного света линейно пропорционально интенсивности звуковых волн.

• Они могут модулировать волны различной длины одновременно.

Они могут выдерживать довольно высокую мощность.

Количество преломленного света линейно пропорционально интенсивности звуковых волн.

Они могут модулировать волны различной длины одновременно.

Оптический ADM

Оптический фильтр используется для изоляции или отбрасывания желаемой длины волны от множества длин волн, приходящих на волокно. Как только длина волны падает, другой канал, использующий ту же длину волны, может быть добавлен или вставлен в волокно, так как он покидает OADM.

Простой ADM имеет только 4 входных и выходных канала, каждый из которых имеет четыре длины волны. В OADM длины волн могут быть усилены, выровнены или дополнительно обработаны. OADM организует длины волн от входного волокна до выходного волокна с помощью оптического кросс-соединения.

Оптический кросс-коннект

Оптический x-connect может принимать четыре входных волокна, каждое из которых несет четыре длины волны, и переставлять 16 длин волн на четыре выходных волокна. Простой транспондер внутри OXC перенаправит одну из длин волн на доступный канал.

Одно-и многоскачковые сети

Телекоммуникационный трафик продолжает расти очень быстрыми темпами. Это ускоряется за счет увеличения объема данных и мобильного трафика, особенно в Индии, благодаря недавней либерализации рынка телекоммуникаций. Может быть принято решение для удовлетворения постоянно растущих требований к трафику на основе комбинации транспортных технологий WDM, SDH и IP.

Мультиплексирование с разделением по длине волны используется для мультиплексирования нескольких каналов с длиной волны на одной нити волокна, таким образом преодолевая перегрузку волокна. Технология SDH обеспечивает степень детализации емкости, которая требуется клиентам сегодня, и дает возможность защитить эти услуги от перебоев в работе сети. Транспортная сеть IP-over-WDM может предлагать услуги Интернет-транзита с высокой пропускной способностью провайдерам Интернет-услуг (ISP).

Синхронная цифровая иерархия

Сети с синхронной цифровой иерархией (SDH) заменили PDH и имеют несколько ключевых преимуществ.

• Рекомендации МСЭ G.707, G.708 и G.709 обеспечивают основу для глобальной сети.

• Сети получают выгоду от устойчивости трафика, чтобы минимизировать потери трафика в случае обрыва оптоволокна или отказа оборудования.

• Встроенная технология мониторинга позволяет удаленно настраивать и устранять неисправности сети.

• Гибкая технология позволяет приток доступа на любом уровне.

• Перспективная технология обеспечивает более высокую скорость передачи данных по мере развития технологий.

Рекомендации МСЭ G.707, G.708 и G.709 обеспечивают основу для глобальной сети.

Сети получают выгоду от устойчивости трафика, чтобы минимизировать потери трафика в случае обрыва оптоволокна или отказа оборудования.

Встроенная технология мониторинга позволяет удаленно настраивать и устранять неисправности сети.

Гибкая технология позволяет приток доступа на любом уровне.

Перспективная технология обеспечивает более высокую скорость передачи данных по мере развития технологий.

Европейские сети PDH не могут взаимодействовать с сетями США, сети SDH могут нести оба типа. На приведенном выше рисунке показано, как сравниваются различные сети PDH и какие сигналы могут передаваться по сети SDH.

SDH — топологии сети

Линейная система — это система с топологией сети PDH. Трафик добавляется и отбрасывается только в конечных точках сети. Терминальные узлы используются в конце сети для добавления и отбрасывания трафика.

Линия Система

В любой сети SDH можно использовать узел, известный как регенератор . Этот узел принимает сигнал SDH высокого порядка и повторно передает его. Нет доступа к трафику более низкого порядка из регенератора, и они используются только для покрытия больших расстояний между площадками, где расстояние означает, что принимаемая мощность будет слишком низкой для переноса трафика.

Кольцевая система

Кольцевая система состоит из нескольких мультиплексоров ввода-вывода (ADM), соединенных в кольцевую конфигурацию. Доступ к трафику можно получить в любом ADM по всему кольцу, а также для отбрасывания трафика в нескольких узлах для целей широковещательной передачи. Кольцевая сеть имеет то преимущество, что она обеспечивает устойчивость трафика, если не происходит потеря трафика. Устойчивость сети подробно обсуждается в следующей главе.

Синхронизация сети SDH

Хотя сети PDH не были централизованно синхронизированы, сети SDH являются (отсюда и название синхронной цифровой иерархией). Где-то в сети оператора будет основной справочный источник. Этот источник распространяется по сети либо по сети SDH, либо по отдельной сети синхронизации.

Каждый узел может переключаться на резервные источники, если основной источник становится недоступным. Определены различные уровни качества, и узел переключит следующий источник наилучшего качества, который он сможет найти. В случаях, когда узел использует синхронизацию входящей линии, байт S1 в служебной информации MS используется для обозначения качества источника.

Источником самого низкого качества, доступным для узла, обычно является его внутренний генератор. В случае, когда узел переключается на свой собственный внутренний источник синхронизации, это следует исправить как можно скорее, так как узел может начать генерировать ошибки со временем.

Важно, чтобы стратегия синхронизации для сети была тщательно спланирована. Если все узлы в сети попытаются синхронизировать своего соседа с одной и той же стороны, вы получите эффект, называемый циклом синхронизации , как показано на рисунке выше. Эта сеть быстро начнет генерировать ошибки, поскольку каждый узел пытается синхронизироваться друг с другом.

Иерархия SDH

На следующем рисунке показано, как создается полезная нагрузка, и она не так страшна, как кажется на первый взгляд.

Оптические сети — технология WDM

WDM — это технология, которая позволяет передавать различные оптические сигналы по одному волокну. Его принцип, по сути, тот же, что и мультиплексирование с частотным разделением (FDM). То есть несколько сигналов передаются с использованием разных несущих, занимающих неперекрывающиеся части частотного спектра. В случае WDM используемая полоса спектра находится в области 1300 или 1550 нм, которые представляют собой окна с двумя длинами волн, в которых оптические волокна имеют очень низкую потерю сигнала.

Первоначально каждое окно использовалось для передачи одного цифрового сигнала. С развитием оптических компонентов, таких как лазеры с распределенной обратной связью (DFB), волоконные усилители на основе эрбия (EDFA) и фотодетекторы, вскоре стало понятно, что каждое передающее окно может фактически использоваться несколькими оптическими сигналами, каждый из которых занимает небольшая тяга доступного окна общей длины волны.

Фактически, количество оптических сигналов, мультиплексированных в окне, ограничено только точностью этих компонентов. Благодаря современной технологии более 100 оптических каналов могут быть объединены в одно волокно. Технология была тогда названа плотной WDM (DWDM).

WDM на дальние расстояния

В 1995 году операторы дальней связи в Соединенных Штатах начали развертывание систем передачи WDM от точки к точке, чтобы повысить пропускную способность своих сетей, одновременно используя существующие оптоволоконные инфраструктуры. С тех пор WDM штурмом захватил рынок дальней связи. Технология WDM позволяет справляться с постоянно растущими требованиями к емкости, откладывая истощение оптоволокна и повышая гибкость при обновлении емкости.

Однако наиболее распространенным фактором является экономическое преимущество решения WDM по сравнению с конкурирующими решениями, такими как мультиплексирование с пространственным разделением (SDM) или расширенное мультиплексирование с временным разделением (TDM), для повышения пропускной способности сети. «Открытое» решение WDM, показанное на следующем рисунке, использует транспондеры в оконечных мультиплексорах (TM) терминала WDM и встроенные оптические усилители, которые совместно используются каналами с несколькими длинами волн.

Транспондер, по сути, представляет собой оптоэлектрооптический (O / E / O) преобразователь 3R, который преобразует оптический сигнал, соответствующий стандарту G.957, в соответствующий канал длины волны (и наоборот), в то же время повторно запитывая, изменяя форму и уменьшая электрическую мощность сигнала. , В решении SDM используются несколько пар волокон параллельно, каждая из которых оснащена регенераторами SDH вместо нескольких длин волн, использующих один и тот же встроенный оптический усилитель. Обновление до более высоких скоростей TDM (например, от 2,5 Гбит / с STM-16 до 10 Гбит / с STM-64) является лишь кратковременным решением, поскольку ухудшение передачи, такое как дисперсия, плохо масштабируется при увеличении скоростей TDM, особенно на стандартных одномодовое волокно.

Тематическое исследование продемонстрировало, что двухточечные системы WDM на большие расстояния, безусловно, являются более экономичным решением, чем SDM, даже для трех каналов STM-16. На приведенном выше рисунке показано сравнение стоимости двух линий связи для начального ядра транспортной сети, состоящей из 5000 волоконно-км, со средним расстоянием 300 км между двумя городами доступа. Обратите внимание, что эталонная точка 100-процентной стоимости на приведенном выше рисунке соответствует стоимости развертывания одного канала STM-16, включая стоимость оптоволокна. Из приведенного выше рисунка можно сделать два вывода.

Как показано на следующем рисунке, если учитываются только затраты на оборудование для передачи и регенерации (т. Е. Регенераторы SDH в случае SDM и модули WDM TM с транспондерами со встроенными оптическими усилителями в случае WDM), начальная стоимость соединения с использованием технологии WDM больше чем вдвое больше, чем у SDH. Однако решение WDM является более экономичным для развертывания трех каналов и более в сети из-за совместного использования встроенного оптического усилителя.

Как показано на следующем рисунке, если в дополнение к вышеупомянутому рассмотрению также учитывается стоимость оптоволокна, экономическое преимущество случая WDM становится еще более очевидным и усиливается по мере увеличения количества каналов. Решение WDM является более экономичным для развертывания трех каналов и более в сети.

WDM на короткой дистанции

Регенераторы не нужны, и оптические искажения оказывают меньшее влияние из-за ограниченных расстояний в сетях ближней связи, поэтому преимущества WDM менее очевидны, чем преимущества SDM или усовершенствованных решений TDM. Тем не менее, истощение волокон и недорогие оптические компоненты в настоящее время движут WDM в столичном регионе.

Приложение краткосрочной связи связано с соединением нескольких точек присутствия (POP) в одном городе. Давайте рассмотрим пример. На следующем рисунке показано, что транспортная сеть имеет как минимум два POP на город, где клиенты могут соединяться. С помощью методов соединения двух узлов, таких как отбрасывание и продолжение, сети клиентов могут быть связаны с транспортной сетью через два разных POP.

Это приводит к очень безопасной архитектуре, которая может даже выдерживать сбои POP без какого-либо влияния на трафик. Таким образом, поток трафика между двумя POP в городе состоит не только из трафика, проходящего через город, но также из трафика, который прекращается в городе и защищается с помощью Drop и Continue. Эти повышенные внутригородские требования к пропускной способности привели к развертыванию WDM в ближнем участке транспортной сети.

Основная причина, по которой WDM предпочтительнее SDM, заключается в том, что волокна в городе должны быть арендованы у третьей стороны, или должна быть построена волоконно-оптическая сеть. Лизинг или строительство городских сетей — это не только дорогостоящий процесс, но и менее гибкий подход к модернизации мощностей. В динамичной среде, где распределение трафика и объемы быстро меняются, количество волокна, которое будет арендовано или построено, сложно предсказать заранее. Следовательно, использование технологии WDM имеет явные преимущества в гибкости, поскольку каналы длины волны могут быть активированы за очень короткое время.

Несмотря на то, что в мире существуют специальные системы WDM ближней связи, выгодно использовать систему WDM того же типа для своей сети дальней связи. Хотя системы WDM на короткие расстояния дешевле, чем их дальние аналоги, и из-за их недорогих оптических компонентов они могут привести к гетерогенной сети, что не является предпочтительным по нескольким причинам. Во-первых, использование двух разных систем приводит к увеличению эксплуатационных и управленческих расходов. Например, гетерогенная сеть требует больше запасных частей оборудования, чем однородная сеть. Во-вторых, взаимодействие между двумя различными системами может создавать проблемы. Например, узкое место может возникнуть из-за того, что системы WDM на короткие расстояния обычно поддерживают меньшее количество длин волн, чем системы WDM на большие расстояния.

Архитектура оптических транспортных сетей

Оптические транспортные сети (OTN), как показано на следующем рисунке, представляют собой естественный следующий шаг в развитии транспортных сетей. С точки зрения архитектуры высокого уровня, не следует ожидать, что архитектуры OTN будут существенно отличаться от архитектур SDH. Тем не менее, тот факт, что SDH включает в себя проектирование цифровых сетей, а OTN — проектирование аналоговых сетей, приводит к некоторым существенным, хотя и тонким различиям. Изучение этих различий приводит нас к пониманию аспектов OTN, которые могут отличаться от их аналогов в SDH.

Развивающиеся архитектуры WDM OTN (включая топологии сетей и схемы живучести) будут очень похожи — если не зеркальны — на сети SDH TDM. Это должно удивлять, однако, поскольку и SDH, и OTN являются мультиплексированными сетями с установлением соединения. Основные отличия связаны с формой технологии мультиплексирования: цифровой TDM для SDH и аналоговый WDM для OTN.

Цифровое и аналоговое различие оказывает глубокое влияние на фундаментальные компромиссы цена / производительность во многих аспектах проектирования сетей и систем OTN. В частности, сложности, связанные с проектированием и обслуживанием аналоговых сетей, объясняют большинство проблем, связанных с OTN.

Чтобы удовлетворить кратковременную потребность в увеличении емкости, двухточечные системы WDM будут продолжать развертываться в больших масштабах. По мере того как количество длин волн и расстояние между терминалами растут, возникает растущая необходимость добавлять и / или отбрасывать длины волн в промежуточных точках. Следовательно, гибкие реконфигурируемые оптические ADM (OADM) станут неотъемлемыми элементами сетей WDM.

Поскольку в несущих сетях развернуто больше длин волн, возникнет необходимость в управлении емкостью и сигналами переключения между сетями на уровне оптических каналов. Во многом таким же образом появились DXC для управления емкостью на электрическом уровне, а оптические перекрестные соединения (OXC) появятся для управления емкостью на оптическом уровне.

Первоначально потребность в управлении полосой пропускания оптического уровня будет наиболее острой в среде базовой транспортной сети. Здесь логическое связывание на основе ячеек будет поддерживаться с помощью физических топологий, включая общие защитные кольца на основе OADM и архитектуры восстановления ячеек на основе OXC. Выбор будет зависеть от желаемой степени провайдера услуг по пропускной способности «сверхкомпоновки» и требований шкалы времени живучести.

По мере появления аналогичных требований к управлению полосой пропускания для городских сетей между офисами и средами доступа решения на основе колец OADM также будут оптимизированы для этих приложений: оптические совместно используемые защитные кольца для требований к сетке и оптические выделенные защитные кольца для требований к концентратору. Следовательно, точно так же, как OA был технологическим фактором, обеспечивающим появление двухточечных линейных систем WDM, OADM и OXC будут инициаторами появления OTN.

Поскольку элементы оптической сети предполагают функциональность транспортного уровня, традиционно предоставляемую оборудованием SDH, оптический транспортный уровень станет служить объединяющим транспортным уровнем, способным поддерживать как унаследованные, так и конвергентные форматы сигналов базовой сети с пакетной коммутацией. Конечно, переход поставщика услуг к OTN будет прогнозироваться при передаче функциональности транспортного уровня, подобного SDH, на оптический уровень, одновременно с разработкой философии обслуживания и связанных с ней функций обслуживания сети для появляющегося оптического транспортного уровня.

Выживаемость является центральной ролью оптических сетей как объединяющей транспортной инфраструктуры. Как и во многих других архитектурных аспектах, живучесть оптической сети будет иметь высокое сходство с живучестью SDH, поскольку топологии сети и типы сетевых элементов очень похожи. Внутри оптического уровня механизмы живучести будут по-прежнему предлагать максимально быстрое восстановление после обрывов волокна и других сбоев физических сред, а также обеспечивать эффективное и гибкое управление защитной емкостью.

OTN концептуально аналогичен SDH в том смысле, что определены подуровни, которые отражают отношения клиент-сервер. Поскольку OTN и SDH являются мультиплексированными сетями, ориентированными на установление соединения, не должно вызывать удивления тот факт, что схемы восстановления и защиты для них удивительно похожи. Тонкое, но важное различие стоит повторить: в то время как сеть TDM основана на манипулировании цифровыми временными интервалами, сеть OTN / WDM основана на манипулировании аналоговым частотным интервалом или оптическим каналом (длиной волны). Таким образом, хотя мы можем ожидать, что аналогичные архитектуры защиты и восстановления будут возможны в обеих технологиях, типы сбоев сети, которые необходимо учитывать в любой конкретной схеме живучести, могут быть совершенно разными.

Оптическая живучесть слоя

Телекоммуникационные сети обязаны обеспечивать надежное бесперебойное обслуживание своих клиентов. Общие требования к доступности составляют порядка 99,999% или выше, что подразумевает, что сеть не может быть отключена в среднем более 6 минут в год. В результате живучесть сети является основным фактором, который влияет на то, как эти сети спроектированы и эксплуатируются. Сети должны быть спроектированы так, чтобы справляться с перебоями в линии или оптоволоконном кабеле, а также с отказами оборудования

Сеть может рассматриваться как состоящая из множества уровней, взаимодействующих друг с другом, как показано на приведенном выше рисунке. Разные операторы выбирают разные способы реализации своих сетей, используя разные комбинации многоуровневых стратегий. Нынешние операторы используют свою большую установленную базу SDH-оборудования и широкие возможности по обработке и контролю цифровых кроссовых соединений.

Напротив, оператор, предлагающий услуги на основе протокола Интернет (IP), стремится иметь упрощенную сетевую инфраструктуру, использующую IP в качестве базового транспортного уровня без использования SDH. Операторы, отличающиеся по качеству (и разнообразию) услуг (QOS), могут использовать ATM в качестве своей транспортной технологии. Под этими слоями находится формирующийся оптический слой WDM или оптический слой.

Оптический уровень обеспечивает пути света к более высоким уровням, которые могут рассматриваться как клиентские уровни, которые используют услугу, предоставляемую оптическим уровнем. Световые пути представляют собой каналы с коммутацией каналов, по которым передается трафик с довольно высокими скоростями передачи (например, 2,5 Гбит / с или 10 Гбит / с). Эти световые пути обычно устанавливаются для соединения оборудования клиентского уровня, такого как ADM SDH, IP-маршрутизаторы или коммутаторы ATM. Как только они настроены, они остаются довольно статичными с течением времени.

Оптический слой состоит из оптических линейных терминалов (OLT), оптических ADM (OADM) и оптических перекрестных соединений (OXC), как показано на следующем рисунке. OLT объединяет несколько каналов в одну пару волокон. OADM отбрасывают и добавляют небольшое количество каналов из / в совокупный поток WDM. OXC переключает и управляет большим количеством каналов в узле с высоким трафиком.

Мы рассматриваем защиту оптического уровня с точки зрения услуг с точки зрения типов услуг, которые должны быть предоставлены оптическим уровнем более высокому уровню. Затем мы сравниваем различные схемы защиты оптического уровня, которые были предложены с точки зрения их стоимости и эффективности использования полосы пропускания на основе набора услуг, который должен поддерживаться. Это несколько отличается, так как защита оптического уровня, как правило, рассматривается как защита уровня SDH.

Почему защита оптического слоя?

Уровни IP, ATM и SDH, показанные на рисунке выше, включают в себя методы защиты и восстановления. Хотя все эти слои были разработаны для работы с другими слоями, они также могут работать напрямую по оптоволокну и, таким образом, не зависят от других слоев для выполнения функций защиты и восстановления. В результате каждый из этих слоев имеет свои собственные функции защиты и восстановления. Таким образом, возникает вопрос, зачем нам оптический слой для обеспечения собственного набора механизмов защиты и восстановления. Ниже приведены некоторые из причин —

• Некоторые из уровней, работающих над оптическим слоем, могут не полностью обеспечивать все функции защиты, необходимые в сети. Например, уровень SDH был разработан для обеспечения комплексной защиты и, следовательно, не будет зависеть от защиты оптического уровня. Однако методов защиты на других уровнях (IP или ATM) самих по себе может быть недостаточно для обеспечения адекватной доступности сети при наличии неисправностей.

  В настоящее время существует много предложений по управлению уровнем IP непосредственно над оптическим уровнем без использования уровня SDH. Хотя IP включает отказоустойчивость на уровне маршрутизации, этот механизм громоздок и недостаточно быстр, чтобы обеспечить адекватное качество обслуживания. В этом случае для оптического уровня становится важным обеспечить быструю защиту для удовлетворения общих требований доступности от транспортного уровня.

• Большинство перевозчиков вкладывают огромные средства в устаревшее оборудование, которое вообще не обеспечивает механизмов защиты, но его нельзя игнорировать. Плавное введение оптического слоя между этим оборудованием и необработанным волокном обеспечивает недорогую модернизацию инфраструктуры по длинным оптоволоконным каналам с повышенной живучестью.

• Защита и восстановление оптического уровня могут использоваться для обеспечения дополнительного уровня устойчивости в сети. Например, многие транспортные сети предназначены для обработки одного сбоя за раз, но не множественных отказов. Оптическое восстановление можно использовать для обеспечения устойчивости к множественным сбоям.

• Защита оптического слоя может быть более эффективной при обработке определенных типов отказов, таких как срезы волокон. Одно волокно несет множество длин волн трафика (например, 16-32 потоков SDH). Следовательно, отсечение волокна приводит к тому, что все 16-32 из этих потоков SDH независимо восстанавливаются слоем SDH. Система управления сетью заполнена большим количеством аварийных сигналов, генерируемых каждым из этих независимых объектов. Если оптический слой восстанавливает срез волокна достаточно быстро, этой эксплуатационной неэффективности можно избежать.

• Значительная экономия может быть достигнута за счет использования защиты и восстановления оптического слоя.

Некоторые из уровней, работающих над оптическим слоем, могут не полностью обеспечивать все функции защиты, необходимые в сети. Например, уровень SDH был разработан для обеспечения комплексной защиты и, следовательно, не будет зависеть от защиты оптического уровня. Однако методов защиты на других уровнях (IP или ATM) самих по себе может быть недостаточно для обеспечения адекватной доступности сети при наличии неисправностей.

В настоящее время существует много предложений по управлению уровнем IP непосредственно над оптическим уровнем без использования уровня SDH. Хотя IP включает отказоустойчивость на уровне маршрутизации, этот механизм громоздок и недостаточно быстр, чтобы обеспечить адекватное качество обслуживания. В этом случае для оптического уровня становится важным обеспечить быструю защиту для удовлетворения общих требований доступности от транспортного уровня.

Большинство перевозчиков вкладывают огромные средства в устаревшее оборудование, которое вообще не обеспечивает механизмов защиты, но его нельзя игнорировать. Плавное введение оптического слоя между этим оборудованием и необработанным волокном обеспечивает недорогую модернизацию инфраструктуры по длинным оптоволоконным каналам с повышенной живучестью.

Защита и восстановление оптического уровня могут использоваться для обеспечения дополнительного уровня устойчивости в сети. Например, многие транспортные сети предназначены для обработки одного сбоя за раз, но не множественных отказов. Оптическое восстановление можно использовать для обеспечения устойчивости к множественным сбоям.

Защита оптического слоя может быть более эффективной при обработке определенных типов отказов, таких как срезы волокон. Одно волокно несет множество длин волн трафика (например, 16-32 потоков SDH). Следовательно, отсечение волокна приводит к тому, что все 16-32 из этих потоков SDH независимо восстанавливаются слоем SDH. Система управления сетью заполнена большим количеством аварийных сигналов, генерируемых каждым из этих независимых объектов. Если оптический слой восстанавливает срез волокна достаточно быстро, этой эксплуатационной неэффективности можно избежать.

Значительная экономия может быть достигнута за счет использования защиты и восстановления оптического слоя.

Ограничения — защита оптического слоя

Ниже приведены некоторые ограничения защиты оптического слоя.

• Он не может обрабатывать все типы неисправностей в сети. Например, он не может обработать сбой лазера в IP-маршрутизаторе или SDH ADM, подключенном к оптической сети. Этот тип сбоя должен обрабатываться уровнем IP или SDH соответственно.

• Возможно, не удастся обнаружить все типы неисправностей в сети. Пути света, обеспечиваемые оптическим слоем, могут быть прозрачными, так что они переносят данные с различными скоростями передачи. Оптический слой в этом случае может фактически не знать, что именно переносится по этим световым путям. В результате он не может контролировать трафик, чтобы обнаружить ухудшения, такие как увеличение частоты ошибок по битам, которые обычно вызывают защитный коммутатор.

• Оптический слой защищает трафик в единицах световых трактов. Он не может обеспечить разные уровни защиты для разных частей трафика, передаваемого по световому тракту (часть трафика может иметь высокий приоритет, а другой — более низкий приоритет). Эта функция должна выполняться более высоким уровнем, который обрабатывает трафик с этой более тонкой гранулярностью.

• Могут быть ограничения бюджета линии, которые ограничивают возможности защиты оптического уровня. Например, длина защитного маршрута или количество узлов, через которые проходит защитный трафик, могут быть ограничены.

• Если вся сеть тщательно не спроектирована, могут возникнуть условия гонки, когда оптический уровень и уровень клиента одновременно пытаются защитить трафик от сбоя одновременно.

• Технология и методы защиты еще не прошли полевые испытания, и поэтому для развертывания этих новых механизмов защиты в полном объеме потребуется несколько лет.

Он не может обрабатывать все типы неисправностей в сети. Например, он не может обработать сбой лазера в IP-маршрутизаторе или SDH ADM, подключенном к оптической сети. Этот тип сбоя должен обрабатываться уровнем IP или SDH соответственно.

Возможно, не удастся обнаружить все типы неисправностей в сети. Пути света, обеспечиваемые оптическим слоем, могут быть прозрачными, так что они переносят данные с различными скоростями передачи. Оптический слой в этом случае может фактически не знать, что именно переносится по этим световым путям. В результате он не может контролировать трафик, чтобы обнаружить ухудшения, такие как увеличение частоты ошибок по битам, которые обычно вызывают защитный коммутатор.

Оптический слой защищает трафик в единицах световых трактов. Он не может обеспечить разные уровни защиты для разных частей трафика, передаваемого по световому тракту (часть трафика может иметь высокий приоритет, а другой — более низкий приоритет). Эта функция должна выполняться более высоким уровнем, который обрабатывает трафик с этой более тонкой гранулярностью.

Могут быть ограничения бюджета линии, которые ограничивают возможности защиты оптического уровня. Например, длина защитного маршрута или количество узлов, через которые проходит защитный трафик, могут быть ограничены.

Если вся сеть тщательно не спроектирована, могут возникнуть условия гонки, когда оптический уровень и уровень клиента одновременно пытаются защитить трафик от сбоя одновременно.

Технология и методы защиты еще не прошли полевые испытания, и поэтому для развертывания этих новых механизмов защиты в полном объеме потребуется несколько лет.

Определения охраняемых объектов

Прежде чем вдаваться в детали методов защиты и компромиссов между ними, полезно определить объекты, которые защищены оптическим уровнем и уровнем клиента. Эти объекты показаны на следующем рисунке.

Порт клиентского оборудования

Порты на клиентском оборудовании могут выйти из строя. В этом случае оптический уровень не может защитить клиентский уровень сам по себе.

Внутрисайтовые соединения между клиентом и оптическим оборудованием

Кабели внутри площадки могут быть отключены, в основном из-за человеческих ошибок. Это считается относительно вероятным событием. Опять же, полная защита от таких случаев может поддерживаться только комбинированной защитой клиентского уровня и оптического уровня.

Карты транспондеров

Транспондеры — это интерфейсные карты между клиентским оборудованием и оптическим уровнем. Эти карты преобразуют сигнал от клиентского оборудования в длину волны, которая подходит для использования внутри оптической сети, используя оптическое преобразование в электрическое в оптическое. Поэтому частоту отказов этой карты нельзя считать незначительной. Учитывая большое количество этих карт в системе (по одной на длину волны), специальная поддержка защиты для них в порядке.

Внешние объекты

Этот оптоволоконный объект между объектами считается наименее надежным компонентом системы. Сокращения волокна довольно распространены. Эта категория также включает в себя оптические усилители, которые развернуты вдоль волокна.

Целые узлы

Весь узел может выйти из строя из-за ошибок обслуживающего персонала (например, отключение силовых автоматических выключателей) или из-за сбоев всего сайта. Отказы на площадке относительно редки и обычно происходят из-за стихийных бедствий, таких как пожары, наводнения или землетрясения. Сбои узла оказывают значительное влияние на сеть и, следовательно, все еще должны быть защищены от них, несмотря на их относительно низкую вероятность возникновения.

Защита против восстановления

Защита определяется как основной механизм, используемый для устранения неисправности. Он должен быть очень быстрым (как правило, трафик не должен прерываться более чем на 60 мс в случае отказа сетей SDH). В результате маршруты защиты обычно необходимо заранее планировать, чтобы трафик можно было быстро переключать с обычных маршрутов на маршруты защиты.

Из-за требований к скорости эта функция обычно выполняется распределенными сетевыми элементами, не полагаясь на централизованный объект управления для координации защитных действий. За исключением недавних (и еще не доказанных) схем быстрой защиты сетки, методы защиты, как правило, довольно просты и реализуются в линейных или кольцевых топологиях. Все они в конечном итоге используют 100-процентную пропускную способность доступа в сети.

Напротив, восстановление не является основным механизмом, используемым для борьбы с неудачей. После завершения функции защиты восстановление используется для обеспечения либо эффективных маршрутов, либо дополнительной устойчивости к дальнейшим сбоям до устранения первого сбоя. В результате он может быть довольно медленным (иногда от секунд до минут).

Маршруты восстановления не должны планироваться заранее и могут быть рассчитаны на лету с помощью централизованной системы управления, не требуя функции распределенного контроля. Более сложные алгоритмы могут использоваться для уменьшения необходимой избыточной полосы пропускания, и могут поддерживаться более сложные топологии сетки.

Подслои в оптическом слое

Оптический слой состоит из нескольких подслоев. Защита и восстановление могут быть выполнены на этих различных слоях. У нас могут быть схемы, которые защищают отдельные световые пути или оптические каналы. Эти схемы обрабатывают отрезки волокна, а также выход из строя оконечного оборудования, такого как лазеры или приемники.

У нас могут быть схемы, которые работают на уровне совокупного сигнала, который соответствует уровню Optical Multiplex Section (OMS). Эти схемы не различают различные световые пути, которые мультиплексируются вместе, и восстанавливают их все одновременно, переключая их в группу.

Термин «защита на уровне тракта» используется для обозначения схем, работающих на отдельных каналах или световых трактах, и защиты на уровне линии для обозначения схем, работающих на уровне секции оптического мультиплексирования. См. Таблицу 1 для сравнения свойств схем трассы и уровня линии, а Таблицу 2 и Таблицу 3 для различных схем трассы и линии.

Таблица 1: Сравнение между защитой линии и защитой пути

критерий	Линия защиты	Защита пути
Защищает от	Внутренние помещения Сбои сайта / узла	Внутренние помещения Сбои сайта / узла Отказы оборудования
Количество волокон	Четыре, если используется одноуровневое мультиплексирование	Два
Может обрабатывать сбои / ухудшение одного пути	нет	да
Поддерживает трафик, который не должен быть защищен	нет	да
Стоимость оборудования	Низкий	Высоко
Эффективность полосы пропускания	Хорошо для защищенного трафика	Низкий для незащищенных каналов

Внутренние помещения

Сбои сайта / узла

Внутренние помещения

Сбои сайта / узла

Отказы оборудования

Таблица 2: Сравнение между схемами линейного уровня

Схема	Защищает от	Топология	Ограничения / Недостатки	Преимущества для клиентов
1 + 1 линия	Линия порезы	Точка-точка	Разнообразный маршрут, необходимый для защиты волокон	Самый простой в реализации и эксплуатации
1 + 1 линия	Линия порезы	Точка-точка	Разнообразный маршрут, необходимый для защиты волокон	Поддержка трафика с низким приоритетом Более низкие потери (примерно на 3 дБ)
OULSR	Линия порезы Ошибки узла	Столичное кольцо	Нарушения оптического слоя Дальнейшая потеря мощности происходит из-за перекрытия сигналов на уровне линии	Прост в реализации и эксплуатации Может быть сделано с использованием пассивных элементов (вместо оптических переключателей)
OBLSR	Линия порезы Ошибки узла	Столичное кольцо	Нарушения оптического слоя	Защита полосы повторного использования Поддержка трафика с низким приоритетом
Защита линии сетки	Линия порезы Ошибки узла	любой	Ограничено ухудшением оптического слоя На основе полностью оптического кросс-соединения Трудно управлять	эффективное Бюджетный

Поддержка трафика с низким приоритетом

Более низкие потери (примерно на 3 дБ)

Линия порезы

Ошибки узла

Нарушения оптического слоя

Дальнейшая потеря мощности происходит из-за перекрытия сигналов на уровне линии

Прост в реализации и эксплуатации

Может быть сделано с использованием пассивных элементов (вместо оптических переключателей)

Линия порезы

Ошибки узла

Защита полосы повторного использования

Поддержка трафика с низким приоритетом

Линия порезы

Ошибки узла

Ограничено ухудшением оптического слоя

На основе полностью оптического кросс-соединения

Трудно управлять

эффективное

Бюджетный

Таблица 3: Сравнение между схемами уровня пути

Схема	Защищает от	Топология	Ограничения / Недостатки	Преимущества для клиентов
Защита клиентского уровня	Неисправности клиентского оборудования Внутри-офисные помещения Неисправности транспондера Межведомственные объекты Ошибки узла	любой	Требуются разнообразные пути в сети Самый дорогой	Самая обширная защита
Защита оборудования 1: N	Неисправности транспондера	Линейный или кольцевой		Очень низкая стоимость Эффективная пропускная способность
1 + 1 путь или OUPSR	Межведомственные объекты Ошибки узла	любой	Требуются разнообразные пути в сети Потребление полосы пропускания	Похоже на защиту клиента Прост в разработке и эксплуатации
OBPSR	Межведомственные объекты Ошибки узла	Виртуальное кольцо		Защита полосы повторного использования Поддерживает низкоприоритетный трафик
Защита пути сетки	Межведомственные объекты Ошибки узла	любой	Требуется OXC Очень сложен в реализации и эксплуатации	Высокая эффективность

Неисправности клиентского оборудования

Внутри-офисные помещения

Неисправности транспондера

Межведомственные объекты

Ошибки узла

Требуются разнообразные пути в сети

Самый дорогой

Очень низкая стоимость

Эффективная пропускная способность

Межведомственные объекты

Ошибки узла

Требуются разнообразные пути в сети

Потребление полосы пропускания

Похоже на защиту клиента

Прост в разработке и эксплуатации

Межведомственные объекты

Ошибки узла

Защита полосы повторного использования

Поддерживает низкоприоритетный трафик

Межведомственные объекты

Ошибки узла

Требуется OXC

Очень сложен в реализации и эксплуатации

Топология физической сети может быть любой сеткой, проходящей световые пути между узлами клиентского оборудования. Виртуальная топология с точки зрения клиентского оборудования ограничена согласно уровню клиента (например, кольца для SDH). 2Физическая топология — это любая сетка, а виртуальная топология путей света — это кольцо.

Рассмотрим, например, две схемы защиты, показанные на следующих рисунках. Обе эти схемы можно рассматривать как схемы защиты 1 + 1, то есть как разделить сигнал на передающей стороне, так и выбрать лучшую копию на принимающей стороне. На рис. (А) изображена защита на уровне линии 1 + 1, в которой и разделение, и выбор делаются для всего сигнала WDM вместе. На рис. (B) показана защита уровня пути 1 + 1, где разделение и выбор выполняются отдельно для каждого пути света.

Линейный слой по сравнению с защитой слоя пути

Между этими двумя подходами существуют важные различия в стоимости и сложности. Для защиты линии требуется один дополнительный сплиттер и переход на незащищенную систему. Однако для защиты пути требуется один сплиттер и коммутатор на канал. Что еще более важно, для защиты пути обычно требуется вдвое больше транспондеров и вдвое больше ресурсов mux / demux для защиты линии. Поэтому защита тракта почти в два раза дороже защиты линии, если все каналы должны быть защищены. Однако история меняется, если не нужно защищать все каналы.

Основные схемы защиты

Сравнение схем защиты можно найти в таблицах 1, 2 и 3. Схемы защиты оптического уровня могут быть классифицированы во многом таким же образом, как и схемы защиты SDH, и могут быть реализованы на клиентском уровне, канальном уровне или линейном уровне. ,

Защита клиентов

Простой вариант — позволить клиентскому уровню позаботиться о собственной защите и не дать оптическому уровню выполнять какую-либо защиту. Это может иметь место для клиентских уровней SDH. Несмотря на то, что это просто с точки зрения оптического уровня, существенная экономия и экономия полосы пропускания могут быть получены с помощью защиты оптического уровня. Хотя метод защиты клиента может поддерживать двухточечные, кольцевые или ячеистые клиентские сети, важно отметить, что с точки зрения оптической сети все они преобразуются в поддержку оптических ячеек, поскольку даже двухточечный клиент ссылка может охватывать всю оптическую ячеистую сеть.

В защите клиентского уровня рабочие пути и клиентские пути защиты полностью разнесены, проходя через оптический уровень, так что нет единой точки отказа. Кроме того, рабочие пути и клиентские пути защиты не должны отображаться на разные длины волн по одному и тому же каналу WDM. В случае сбоя канала WDM оба пути будут потеряны.

Схемы слоя пути

Защита пути 1 + 1

Эта схема требует двух длин волн в сети, а также двух наборов транспондеров на каждом конце. При применении к кольцу эта защита также называется кольцом оптической однонаправленной коммутации каналов (OUPSR) или выделенным защитным кольцом OCh (кольцом OCh / DP).

Замечания по реализации. Мостовое соединение обычно выполняется через оптический соединитель, а выбор — через оптический коммутатор 1 x 2. Принимающая сторона может решить переключиться на резервный путь без согласования с источником.

Двунаправленное кольцо с коммутацией каналов

Эта схема слабо основана на двунаправленном кольце с коммутацией каналов SDH (BLSR) и использует общую полосу защиты защиты вокруг кольца. При сбое рабочего светового тракта узлы координируют свои действия и пытаются отправить трафик через назначенную защитную полосу пропускания в одном и том же направлении вокруг кольца (для устранения неисправностей приемоответчика). Это переключатель диапазона. Если это не удается, узлы зацикливают трафик по альтернативному пути вокруг кольца вплоть до другого конца сбоя. Это действие является переключателем звонка.

Схема позволяет не перекрывающимся световым путям совместно использовать одну и ту же полосу защиты, если они не выходят из строя вместе. Эта схема также называется кольцом общей защиты OCh (OCh / SPRing).

Замечания по реализации — эта схема может быть реализована в OXC или через намного меньшие коммутаторы в OADM. Переключатели необходимы для каждого канала защиты. Это похоже на стандарт SDH BLSR.

Защита пути сетки

Эта схема обеспечивает глобальную защиту ячеек с очень быстрым переключением (менее чем за 100 мс) для каждого неисправного светового пути в отдельности к резервному пути, совместно используемому несколькими световыми путями, потенциально выбирающими другой маршрут для светового пути. В случае сбоя он указывается для всех соответствующих узлов, которые устанавливают пути резервного копирования.

Замечания по реализации — Эти схемы внедряются в OXC. Из-за нехватки времени предопределенные пути резервного копирования хранятся в узлах сети и активируются на основе типов ошибок.

Восстановление пути сетки

В отличие от защиты пути сетки, эта схема не имеет строгих временных ограничений. Это устройство вычисляет альтернативные маршруты с использованием своей топологии и распространяет новую информацию о настройке на узлы, которые устанавливают эти маршруты. Узлам не нужно поддерживать какую-либо н / ж информацию.

Замечания по реализации . Централизованный характер этой схемы обеспечивает более оптимизированные маршруты защиты и снижает сложность внедрения и обслуживания.

1: N Защита оборудования

Одним из наиболее сложных (и, следовательно, подверженных сбоям) модулей в типичном терминале WDM является транспондер. Защита 1: N обозначает запасной транспондер для замены в случае отказа нормального транспондера.

Замечания по реализации. Эта схема чаще всего основана на определенной защищенной длине волны. В случае сбоя оба конца должны переключаться с использованием быстрых протоколов сигнализации, а не APS в SDH.

Схемы линейного слоя

1 + 1 линейная защита

Эта схема основана на мостовом соединении всего сигнала WDM на пару разнонаправленных средств. Принимающая сторона этих средств затем выбирает, какой из двух сигналов получить.

Линейная защита 1: 1

Эта схема требует конфигурации, аналогичной предыдущей (т. Е. 1 + 1 линейная), однако сигнал переключается либо на рабочий, либо на защитный путь, но не на оба. Хотя это увеличивает нагрузку на координацию, это позволяет запускать трафик с низким приоритетом на резервном пути (до тех пор, пока он не понадобится для защиты рабочего пути). Это также влечет за собой меньшие потери оптической мощности из-за того, что вся энергия сигнала направляется на один путь вместо двух.

Замечания по реализации — Переключение обычно выполняется с использованием оптического переключателя 1 × 2. Координация достигается с помощью протокола быстрой сигнализации.

Оптическое однонаправленное кольцо переключения линий (OULSR)

Схема аналогична схеме OUPSR за исключением того, что мостовое соединение и выбор сигнала выполняются для совокупного сигнала WDM. This allows for a more optimized design, lower cost, and very different implementations.

Implementation Notes − An implementation of this scheme is based on passive couplers that run the optical ring into a broadcast medium. Instead of using OADMs, this scheme is based on simple OLTs, each coupled into both clockwise and counter-clockwise rings, so each of the wavelengths is transmitted and received on both fibers. Under normal condition, the link is artificially disconnected, resulting in a linear bus, when the fiber cut link is reconnected.

Bidirectional Line Switched Ring

This scheme is similar to the OBPSR scheme in both the protocol aspects and the protection actions used (span and ring switching). Like all line-layer schemes, the aggregate WDM signal is switched in bulk to a dedicated protect fiber (requiring four fibers), or to a different WDM band within a single fiber (allowing only two fibers, but requiring a two stage optical mux scheme). This scheme is also termed as OMS shared protection ring (OMS/SPRing).

Implementation Notes − As the backup route loops around the entire ring optically, optical line amplifiers may be needed along the backup path to compensate for the losses. The circumference of the ring is also limited by other optical impairments. Therefore, this option fits best in metropolitan applications.

Mesh Line Protection/Restoration

This scheme is based on all-optical cross-connects that divert the WDM signal from a failed facility on to an alternate route and back to the other end of failed facility.

Implementation Notes − Like OBLSR, this scheme is restricted by optical impairments that may develop along alternate routes and requires careful optical design.

Consideration for the Choice of Protection Scheme

The criteria that could be used by a carrier to select the protection schemes to be used in the network. A simplified decision chart for this is depicted in the following figure assuming both equipment and line protection are needed.

The Cost of Protection

Another criterion from the carrier’s standpoint is the cost of the system in at least two aspects −

• Equipment cost
• Bandwidth efficiency

Both of these depend on the service mix of the traffic, that is, the fraction of the traffic to be protected by the optical layer.

The following figure shows the equipment cost of path layer schemes and equivalent line-layer schemes as a function of the traffic mix. If all the traffic is to be protected, path layer schemes require about twice the equipment of the line-layer schemes as there is less sharing of common equipments.

However, the cost of path layer protection is proportional to the number of channels that are to be protected, as each channel requires an associated mux/demux and terminating equipment. Thus, the cost of path-layer protection drops if fewer channels have to be protected. In case where no channels need to be protected, path-layer schemes will cost about the same as line-layer schemes, assuming that no additional common equipment is deployed.

The story is different from the bandwidth efficiency standpoint, as shown in the following figure. In a line-protected system, the protection bandwidth is consumed for light paths that require protection as well as for those that do not require protection. In path-protection systems, light paths that do not require protection can use bandwidth, allowing other unprotected light paths to use bandwidth that would have been otherwise wasted on unwanted protection.

It follows that if a large portion of the light paths could be left unprotected, path-layer protection recuperates the cost by supporting more working traffic over the same network than line-layer protection.

Оптические сети — ROADM

В устаревших оптических сетях используются технологии SDH / SONET для передачи данных по оптической сети. Эти сети относительно легко спланировать и спроектировать. Новые сетевые элементы могут быть легко добавлены в сеть. Статические сети WDM могут потребовать меньших инвестиций в оборудование, особенно в сети метро. Тем не менее, планирование и обслуживание этих сетей может быть кошмаром, поскольку инженерные правила и масштабируемость часто довольно сложны.

Ширина полосы и длины волн должны быть предварительно выделены. Поскольку длины волн объединены в группы, и не все группы заканчиваются на каждом узле, доступ к определенным длинам волн может быть невозможен в определенных местах. Расширения сети могут потребовать новых оптических, электрических и оптических регенераций и усилителей или, по крайней мере, регулировки мощности на существующих площадках. Работа в статической сети WDM требует большого количества рабочей силы.

Планирование сети и полосы пропускания должно быть таким же простым, как в сетях SDH / SONET в прошлом. В пределах данной полосы пропускания кольца, например, STM-16 или OC-48, каждый узел может обеспечить необходимую полосу пропускания.

Доступ ко всей полосе пропускания был возможен на каждом ADM. Расширение сети, например, введение нового узла в существующее кольцо, было относительно простым и не требовало посещений существующих узлов на месте. Схема сети слева иллюстрирует это: Цифровые системы кросс-коммутации соединяются с несколькими оптическими кольцами SDH / SONET.

Переконфигурируемые оптические сети работают по-разному: полоса пропускания может планироваться по требованию, а охват оптимизируется, поскольку оптическая мощность теперь управляется для каждого канала WDM. Масштабируемость значительно возрастает.

Ключевым элементом для включения такой реконфигурируемой оптической сети является реконфигурируемый оптический мультиплексор ввода-вывода (ROADM) . Он позволяет перенаправлять оптические волны на клиентские интерфейсы одним щелчком мыши в программном обеспечении. Это не влияет на другой трафик. Все это достигается без необходимости каких-либо кренов грузовиков на соответствующих площадках для установки фильтров или другого оборудования.

Реконфигурируемая сеть WDM с ROADM

Статические правила разработки WDM и масштабируемость могут быть довольно сложными (OADM в каждом узле).

• Предварительное выделение полосы и длины волны
• Распределение маржи для фиксированной структуры фильтра
• Недостаточное управление питанием
• Расширение сети требует оптико-электрооптической (OEO) регенерации

Сети SDH / SONET легко планировать.

• Доступ ко всей пропускной способности на каждом ADM
• Простые инженерные правила (только для одного прыжка)
• Простое добавление новых сетевых элементов

Реконфигурируемый оптический слой позволяет следующее.

• Планирование полосы пропускания по требованию
• Расширенный прозрачный охват за счет управления питанием на канал WDM
• Безударная масштабируемость

Статические фотонные слои состоят из отдельных оптических колец. Рассмотрим несколько систем DWDM, расположенных на каждом из этих колец. Часто информация или данные просто остаются на одном кольце, поэтому проблем не возникает. Однако что происходит в случаях, когда данные должны быть переданы на другое оптическое кольцо?

В статических системах требуется большое количество транспондеров везде, где необходим переход между кольцами. На самом деле, каждая длина волны, которая проходит от одного кольца к другому, нуждается в двух транспондерах: по одному на каждой стороне сети. Этот подход требует больших затрат и большого начального планирования с учетом распределения полосы пропускания и каналов.

Давайте теперь представим динамический реконфигурируемый фотонный слой. Здесь существует только одна система DWDM, образующая интерфейс между двумя оптическими кольцами. Следовательно, регенерация на основе транспондера исчезает, и количество систем DWDM уменьшается. Вся конструкция сети упрощена, и теперь длины волн могут перемещаться от одного кольца к другому без каких-либо препятствий.

Любая длина волны может распространяться на любое кольцо и на любой порт. Ключом к такому полностью гибкому и масштабируемому сетевому дизайну с оптическим проходом от ядра к зоне доступа являются ROADM и плоскость управления GMPLS.

Упрощения через ROADM

ROADM обеспечивают упрощение в сети и в процессах поставщика услуг или оператора связи. Это взаимодействие суммирует некоторые из этих упрощений. В конце концов, мы должны помнить, что все эти преимущества приводят к сокращению временных затрат и затрат. Но что более важно, они также приводят к повышению удовлетворенности клиентов и, в свою очередь, их лояльности.

Планирование сети значительно упрощается благодаря использованию ROADM. Просто обратите внимание на значительно уменьшенное количество транспондеров, которые необходимо хранить на складе.

Установка и ввод в эксплуатацию — например, при настройке новой длины волны в сети — требуют значительно меньших усилий и намного менее сложны. Техническим специалистам по обслуживанию необходимо только посетить соответствующие конечные объекты для установки транспондеров и ROADM. Фиксированные оптические мультиплексоры ввода / вывода (FOADM), используемые для запроса посещения каждого промежуточного участка, чтобы можно было выполнить монтажные работы и исправления.

Операции и обслуживание значительно упрощаются при развертывании динамической оптической сети. Оптическая диагностика может быть проведена за несколько минут, а не часов, как это было ранее. Нарушения могут быть обнаружены и устранены динамически, вместо того чтобы запускать грузовики на внешние объекты.

Благодаря внедрению перестраиваемых лазеров и бесцветных ROADM обслуживание волоконного завода становится проще. Благодаря этим функциям предоставление услуг стало проще, чем когда-либо прежде. Как и в случае с монтажными и пусконаладочными работами, значительно проще выполнять техническое обслуживание сети и любые возможные обновления.

ROADM Архитектура

Многие преимущества ROADM при проектировании и эксплуатации сети были рассмотрены в предыдущих разделах. Вот еще несколько —

• Мониторинг и выравнивание мощности на канал для выравнивания всего сигнала DWDM
• Полное управление трафиком из удаленного сетевого операционного центра

Однако один вопрос до сих пор остался без ответа: как работает ROADM? Давайте посмотрим на некоторые основы.

ROADM обычно состоит из двух основных функциональных элементов: делителя длины волны и селективного переключателя длины волны (WSS). Взгляните на приведенную выше блок-схему. Оптическая пара на сетевом интерфейсе № 1 соединена с модулем ROADM.

Волокно, несущее входящие данные (из сети), подается на делитель длины волны. Теперь все длины волн доступны на всех выходных портах разветвителя, в данном случае 8. Локальный трафик добавления / отбрасывания (длины волн) можно мультиплексировать / демультиплексировать с помощью массивного волноводного фильтра (AWG). Использование AWG подразумевает фиксированное распределение длины волны и направление.

Селективный переключатель длины волны (WSS) выборочно объединяет различные длины волн и подает их на выход сетевого интерфейса # 1. Остальные порты разветвителя связаны с другими направлениями сети, например, с тремя другими направлениями на 4-градусном соединительном узле.

Примечание. Для каждого направления сети на этом узле необходим один из показанных модулей (полностью серый прямоугольник). Или, если быть более точным: в соединительном узле, обслуживающем четыре направления (4 градуса), необходимы четыре из этих модулей.

Сердце ДОРОГИ — Модуль WSS

Давайте начнем с сигнала WDM, поступающего слева. Он проходит через оптическое волокно в верхней части и направлен к объемной дифракционной решетке. Эта объемная дифракционная решетка действует как своего рода призма. Он разделяет волны различной длины в разных направлениях, хотя изменение угла довольно мало. Раздельные длины волн попадают в сферическое зеркало, которое для краткости отражает лучи на набор микроэлектромеханических систем (MEMS). Каждый микропереключатель поражен различной длиной волны, которая затем отправляется обратно в сферическое зеркало.

Оттуда лучи возвращаются в объемную дифракционную решетку и отсылаются в оптическое волокно. Но теперь это волокно, отличное от того, с которого мы начали. Выходной сигнал с одной длиной волны указывает, что это произошло. Этот сигнал затем может быть объединен с другими сигналами с одной длиной волны, чтобы заполнить другое передающее волокно.

Доступны различные версии — ключевые слова здесь бесцветные, бесцельные и т. Д.

ROADM — градусов, бесцветный, без направления и многое другое

Срок	объяснение
степень	Термин Степень описывает количество поддерживаемых линейных интерфейсов DWDM. Двухуровневый узел ROADM поддерживает два линейных интерфейса DWDM. Это также позволяет две ветви добавления / отбрасывания всех линейных интерфейсов.
Мульти степень	Многоступенчатые ROADM поддерживают более двух линейных интерфейсов DWDM. Количество возможных ветвей добавления / отбрасывания определяется количеством портов WSS.
бесцветный	Бесцветная ROADM обеспечивает гибкое распределение любой длины волны или цвета для любого порта. Модули фильтра должны быть подключены для реализации этой функции.
бесцельный	Направленный ROADM не требует физического переподключения передающих волокон. Ограничения по направлениям устранены. Направленные ROADM развертываются для целей восстановления или временного изменения маршрутов услуг (например, из-за обслуживания сети или пропускной способности по требованию).
Contentionless	Неуправляемые ROADM устраняют потенциальную проблему столкновения двух идентичных длин волн в ROADM.
бессеточного	ROADM без решетки поддерживают различные сетки каналов МСЭ-Т с одним и тем же сигналом DWDM. Детализация сетки может быть адаптирована к будущим требованиям скорости передачи.

Направленный ROADM не требует физического переподключения передающих волокон. Ограничения по направлениям устранены.

Направленные ROADM развертываются для целей восстановления или временного изменения маршрутов услуг (например, из-за обслуживания сети или пропускной способности по требованию).

Чтобы понять этот выровненный подход ROADM, ниже приведены некоторые ключевые термины, часто используемые в связи с ROADM.

бесцветный

Простые ROADM содержат одну WSS для каждого направления, также называемую «один градус». Длины волн по-прежнему назначаются и используются фиксированные приемопередатчики ввода / вывода. Бесцветные ROADM устраняют это ограничение: с такими ROADM любая длина волны или цвет может быть назначена любому порту. Нет необходимости в рулонах грузовиков, так как полная настройка контролируется программным обеспечением. Модули фильтра должны быть реализованы для реализации бесцветной функции.

бесцельный

Это часто появляется в сочетании с термином «бесцветный». Ненаправленный дизайн снимает дальнейшее ограничение ROADM. Необходимость физического переподключения передающих волокон устраняется с помощью ROADM без направления, поскольку нет никаких ограничений в отношении направления, например, на юг или на север.

Contentionless

Несмотря на то, что ROADM бесцветны и не имеют направления, они обладают большой гибкостью, однако две длины волны, использующие одну и ту же частоту, могут все же сталкиваться в ROADM. Бесконечные ROADM обеспечивают выделенную внутреннюю структуру, чтобы избежать такой блокировки.

бессеточного

ROADM без решетки поддерживают очень плотную сетку каналов и могут быть адаптированы к будущим требованиям скорости передачи. Эта функция требуется для скоростей сигнала более 100 Гбит / с и различных форматов модуляции в одной сети.

Когда Направленный

Направленные ROADM являются наиболее распространенным проектом ROADM, поскольку они позволяют добавлять / отбрасывать длину волны из поддерживаемой сетки МСЭ на любом линейном интерфейсе. В случае варианта без направления, порты ввода / вывода зависят от определенной длины волны. Используя бесцветную опцию, порты также могут не зависеть от длины волны.

Ненаправленная технология в основном используется для перенаправления длины волны на другие порты, что требуется для целей восстановления. Другие приложения также возможны, например, в ситуациях пропускной способности по требованию. ROADM, не поддерживающие функцию без направления, подвержены некоторым ограничениям в отношении гибкости.

Когда бесцветный

Бесцветные ROADM позволяют изменять длины волн определенного оптического канала без какой-либо физической перегруппировки. Бесцветная ROADM может быть переконфигурирована для добавления / отбрасывания любой длины волны из поддерживаемой сетки МСЭ на любой порт ввода-вывода. Добавленная / отброшенная длина волны может изменяться (настраиваемый интерфейс DWDM). Это позволяет —

• Повышенная гибкость для предоставления длины волны и восстановления длины волны

• Переключение восстановления, переключение направления и переключение цветов

• Основным преимуществом бесцветных портов ввода / вывода в сочетании с настраиваемыми линейными интерфейсами DWDM является повышенная гибкость для обеспечения длины волны и восстановления длины волны. Автоматическая настройка на следующую свободную длину волны на требуемом оптическом пути.

Повышенная гибкость для предоставления длины волны и восстановления длины волны

Переключение восстановления, переключение направления и переключение цветов

Основным преимуществом бесцветных портов ввода / вывода в сочетании с настраиваемыми линейными интерфейсами DWDM является повышенная гибкость для обеспечения длины волны и восстановления длины волны. Автоматическая настройка на следующую свободную длину волны на требуемом оптическом пути.

Одним из последних моментов в полной автоматизации оптической сети является развертывание бесцветных ROADM. Использование таких ROADM позволяет добавлять / отбрасывать любую длину волны поддерживаемой сетки МСЭ на любой порт ввода-вывода. Длина волны в порту может изменяться, так как в качестве оптического интерфейса используются настраиваемые приемопередатчики.

Предоставление и восстановление длины волны стало еще проще, чем раньше. Если длина волны занята, система может автоматически настроить приемопередатчик на следующую доступную свободную длину волны. ROADM предоставляют возможность использовать фиксированные и бесцветные функции добавления / удаления в одном и том же узле ROADM.

Когда неконтролируемый

Неуправляемые ROADM могут добавлять / удалять любую длину волны на любом порту добавления / удаления без какой-либо конфликтной сетки на любом порту добавления / удаления. Выделенный цвет длины волны может быть добавлен / удален несколько раз (из разных линейных интерфейсов DWDM) в одной ветви добавления / удаления. Если имеется только 8 портов ввода / вывода, должна быть возможность отбрасывать одну и ту же длину волны с 8 различных направлений линии на 8 портов добавления / удаления. Пока доступны свободные порты добавления / отбрасывания, узел ROADM должен иметь возможность добавлять / отбрасывать любую длину волны от / до любого линейного интерфейса.

Сочетание бесцветной, беснаправленной и неконтролируемой функциональности (CDC) обеспечивает максимальный уровень гибкости.

Когда без сетки

Узлы ROADM без решетки поддерживают разные сетки каналов МСЭ-Т в одном и том же сигнале DWDM. Пропускная способность сетки может быть предоставлена ​​для каждого канала.

Функция без сетки требуется для сетей, работающих со скоростями передачи данных более 100 Гбит / с, или для сетей, работающих с различными схемами модуляции. Он предназначен для сетей следующего поколения с последовательными линейными интерфейсами. Различные скорости передачи данных требуют разных требований к длине волны в зависимости от схемы модуляции и скорости передачи данных.

Скорость передачи данных растет, а схемы модуляции становятся все более и более сложными. Несколько технологий модуляции теперь могут быть смешаны на одном оптическом волокне. Все это отражено в технологии ROADM и создает требования к сеткам ROADM. Такие ROADM работают в плотной частотной сетке и позволяют обеспечить пропускную способность для каждого канала. Каналы передачи данных теперь требуют разных требований к длине волны в зависимости от схемы модуляции и скорости передачи данных.

Типичные приложения — это сети, работающие со скоростью передачи данных более 100 Гбит / с или параллельно использующие различные схемы модуляции. Последняя ситуация может, например, легко существовать при развертывании технологий когерентной передачи.