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

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.