Reti ottiche - ROADM
Le reti ottiche legacy utilizzano tecnologie SDH / SONET per il trasporto dei dati attraverso la rete ottica. Queste reti sono relativamente facili da pianificare e progettare. Nuovi elementi di rete possono essere facilmente aggiunti alla rete. Le reti WDM statiche possono richiedere meno investimenti in apparecchiature, specialmente nelle reti metropolitane. Tuttavia, la pianificazione e la manutenzione di tali reti può essere un incubo poiché le regole di progettazione e la scalabilità sono spesso piuttosto complesse.
La larghezza di banda e le lunghezze d'onda devono essere pre-allocate. Poiché le lunghezze d'onda sono raggruppate in gruppi e non tutti i gruppi sono terminati in ogni nodo, l'accesso a lunghezze d'onda specifiche potrebbe essere impossibile in determinati siti. Le estensioni di rete potrebbero richiedere nuovi amplificatori e rigenerazione ottico-elettrica-ottica o almeno aggiustamenti di potenza nei siti esistenti. Il funzionamento della rete WDM statica richiede molta manodopera.
La pianificazione della rete e della larghezza di banda dovrebbe essere facile come in passato nelle reti SDH / SONET. All'interno della larghezza di banda dell'anello data, ad esempio STM-16 o OC-48, ogni nodo potrebbe fornire la larghezza di banda necessaria.
L'accesso all'intera larghezza di banda era possibile da ogni ADM. L'estensione della rete, ad esempio l'introduzione di un nuovo nodo in un anello esistente, è stata relativamente facile e non ha richiesto alcuna visita in loco dei nodi esistenti. Il diagramma di rete a sinistra lo illustra: I sistemi di cross-connect digitale si collegano con più anelli ottici SDH / SONET.
Le reti ottiche riconfigurabili agiscono in modo diverso: la larghezza di banda può essere pianificata su richiesta e la portata è ottimizzata poiché la potenza ottica è ora gestita per canale WDM. La scalabilità aumenta notevolmente.
L'elemento chiave per abilitare una tale rete ottica riconfigurabile è Reconfigurable Optical Add-drop Multiplexer (ROADM). Consente di reindirizzare le lunghezze d'onda ottiche alle interfacce client con un semplice clic nel software. Il resto del traffico rimane inalterato. Tutto ciò si ottiene senza la necessità di rotoli di camion nei rispettivi siti per installare filtri o altre attrezzature.
Rete WDM riconfigurabile con ROADM
Le regole di progettazione e la scalabilità del WDM statico possono essere piuttosto complesse (OADM in ogni nodo).
- Pre-allocazione della larghezza di banda e della lunghezza d'onda
- Allocazione del margine per la struttura del filtro fissa
- Gestione alimentazione insufficiente
- L'estensione della rete richiede la rigenerazione ottico-elettrica-ottica (OEO)
Le reti SDH / SONET sono facili da pianificare.
- Accesso all'intera larghezza di banda in ogni ADM
- Semplici regole di progettazione (solo salto singolo)
- Facile aggiunta di nuovi elementi di rete
Uno strato ottico riconfigurabile consente quanto segue.
- Pianificazione della larghezza di banda su richiesta
- Copertura trasparente estesa grazie alla gestione dell'alimentazione per canale WDM
- Scalabilità senza problemi
Gli strati fotonici statici sono costituiti da anelli ottici separati. Considera una serie di sistemi DWDM situati su ciascuno di questi anelli. Spesso le informazioni oi dati rimangono semplicemente sullo stesso anello, quindi non ci sono problemi. Tuttavia, cosa succede nei casi in cui i dati devono essere trasferiti a un anello ottico diverso?
Nei sistemi statici, è necessario un gran numero di transponder ovunque sia necessaria una transizione tra gli anelli. In realtà ogni lunghezza d'onda che passa da un anello all'altro necessita di due transponder: uno per ogni lato della rete. Questo approccio comporta costi elevati e molta pianificazione iniziale, considerando l'allocazione della larghezza di banda e dei canali.
Immaginiamo ora uno strato fotonico dinamico riconfigurabile. Qui c'è un solo sistema DWDM che costituisce l'interfaccia tra due anelli ottici. Di conseguenza, la rigenerazione basata su transponder scompare e il numero di sistemi DWDM diminuisce. L'intera progettazione della rete è semplificata e le lunghezze d'onda possono ora viaggiare da un anello all'altro senza ulteriori ostacoli.
Qualsiasi lunghezza d'onda può propagarsi a qualsiasi anello e a qualsiasi porta. La chiave per un progetto di rete così completamente flessibile e scalabile, con un pass-through ottico dal centro destro all'area di accesso, è il ROADM e il piano di controllo GMPLS.
Semplificazioni tramite ROADM
I ROADM forniscono semplificazioni nella rete e nei processi del fornitore di servizi o del vettore. Questa interazione riassume alcune di queste semplificazioni. Dopotutto, dobbiamo tenere a mente che tutti questi vantaggi si traducono in tempi e costi ridotti. Ma ciò che è più importante è che portano anche a una maggiore soddisfazione del cliente e, a sua volta, alla fedeltà del cliente.
La pianificazione della rete è notevolmente semplificata utilizzando i ROADM. Basti pensare al numero notevolmente ridotto di transponder, che devono essere stoccati a magazzino.
L'installazione e la messa in servizio, ad esempio quando si imposta una nuova lunghezza d'onda per la rete, richiedono uno sforzo notevolmente inferiore e sono molto meno complesse. I tecnici dell'assistenza devono solo visitare i rispettivi siti finali per installare i transponder e ROADM. I multiplexer ottici add / drop fissi (FOADM) richiedevano una visita a ciascun sito intermedio in modo che il lavoro di installazione e le patch potessero essere eseguiti.
Le operazioni e la manutenzione risultano notevolmente semplificate quando viene distribuita una rete ottica dinamica. La diagnostica ottica può essere eseguita in pochi minuti anziché in ore, come in precedenza. I danni possono essere rilevati e risolti dinamicamente invece di innescare rotoli di camion verso siti esterni.
Con l'implementazione di laser sintonizzabili e ROADM incolori, la manutenzione dell'impianto di fibra è più semplice. Utilizzando queste funzionalità, il provisioning dei servizi è ora più semplice che mai. Come per i lavori di installazione e messa in servizio, è anche molto più facile eseguire la manutenzione della rete e qualsiasi potenziale aggiornamento.
Architettura ROADM
Molti vantaggi che i ROADM apportano alla progettazione e al funzionamento della rete sono stati trattati nelle sezioni precedenti. Eccone alcuni altri:
- Monitoraggio e livellamento della potenza per canale per equalizzare l'intero segnale DWDM
- Controllo completo del traffico dal centro operativo di rete remoto
Una domanda, tuttavia, è stata finora lasciata senza risposta: come funziona un ROADM? Diamo un'occhiata ad alcuni fondamentali.
Un ROADM è generalmente costituito da due elementi funzionali principali: uno splitter della lunghezza d'onda e un interruttore selettivo della lunghezza d'onda (WSS). Dai un'occhiata allo schema a blocchi sopra: una coppia di fibre ottiche all'interfaccia di rete n. 1 è collegata al modulo ROADM.
La fibra che trasporta i dati in ingresso (dalla rete) viene alimentata allo splitter di lunghezza d'onda. Ora, tutte le lunghezze d'onda sono disponibili su tutte le porte di uscita dello splitter, in questo caso 8. Il traffico locale di aggiunta / eliminazione (lunghezze d'onda) può essere multiplexato / de-multiplexato con un Arrayed Waveguide Filter (AWG). L'uso di un AWG implica un'allocazione e una direzione di lunghezza d'onda fisse.
Il Wavelength Selective Switch (WSS) unisce selettivamente le varie lunghezze d'onda e le invia all'uscita dell'interfaccia di rete n. 1. Le restanti porte dello splitter sono collegate con altre direzioni di rete, ad esempio, altre tre direzioni in un nodo di giunzione a 4 gradi.
Note- Uno dei moduli illustrati (riquadro completamente grigio) è necessario per ogni direzione di rete in questo nodo. O per essere più precisi: in un nodo di giunzione che serve quattro direzioni (4 gradi) sono necessari quattro di questi moduli.
Il cuore ROADM - il modulo WSS
Cominciamo con il segnale WDM che arriva da sinistra. Passa attraverso la fibra ottica in alto ed è diretto verso un reticolo di diffrazione di massa. Questo reticolo di diffrazione di massa agisce come una specie di prisma. Separa le varie lunghezze d'onda in diverse direzioni, sebbene la variazione dell'angolo sia piuttosto piccola. Le lunghezze d'onda separate colpiscono uno specchio sferico, che riflette i raggi su una serie di sistemi Micro-Electro Mechanical (MEMS) in breve. Ogni microinterruttore viene colpito da una diversa lunghezza d'onda, che viene poi rimandata allo specchio sferico.
Da lì i raggi vengono restituiti al reticolo di diffrazione di massa e inviati alla fibra ottica. Ma questa è ora una fibra diversa da quella con cui abbiamo iniziato. Il segnale di uscita a lunghezza d'onda singola indica che ciò si è verificato. Questo segnale può quindi essere combinato con altri segnali a lunghezza d'onda singola per riempire un'altra fibra di trasmissione.
Sono disponibili varie versioni: le parole chiave qui sono incolore, senza direzione, ecc.
ROADM: gradi, incolore, senza direzione e altro
| Termine | Spiegazione |
|---|---|
| Degree | Il termine Grado descrive il numero di interfacce di linea DWDM supportate. Un nodo ROADM a 2 gradi supporta due interfacce di linea DWDM. Consente inoltre due rami di aggiunta / rilascio di tutte le interfacce di linea. |
| Multi Degree | I ROADM multi-grado supportano più di due interfacce di linea DWDM. Il numero di possibili rami di aggiunta / eliminazione è determinato dal conteggio delle porte WSS. |
| Colorless | Un ROADM incolore consente l'allocazione flessibile di qualsiasi lunghezza d'onda o colore a qualsiasi porta. I moduli filtro devono essere collegati per implementare questa funzione. |
| Directionless | Un ROADM senza direzione non richiede una riconnessione fisica delle fibre di trasmissione. Le restrizioni sulle direzioni vengono eliminate. I ROADM senza direzione vengono implementati a scopo di ripristino o per il reindirizzamento temporaneo dei servizi (ad esempio a causa della manutenzione della rete o dei requisiti di larghezza di banda su richiesta). |
| Contentionless | Gli innumerevoli ROADM eliminano il potenziale problema di due identiche lunghezze d'onda che entrano in collisione nel ROADM. |
| Gridless | I ROADM senza griglia supportano varie griglie di canali ITU-T con lo stesso segnale DWDM. La granularità della rete può essere adattata ai futuri requisiti di velocità di trasmissione. |
Per comprendere questo approccio ROADM livellato, di seguito sono riportati alcuni termini chiave spesso utilizzati in relazione ai ROADM.
Incolore
I ROADM semplici comprendono un WSS per ciascuna direzione, denominato anche "un grado". Le lunghezze d'onda sono ancora assegnate e vengono utilizzati ricetrasmettitori di aggiunta / rilascio fissi. I ROADM incolori eliminano questa limitazione: con tali ROADM qualsiasi lunghezza d'onda o colore può essere assegnato a qualsiasi porta. Non sono richiesti rotoli di camion poiché la configurazione completa è controllata dal software. I moduli di filtro devono essere implementati per realizzare la funzione incolore.
Senza direzione
Questo appare spesso in combinazione con il termine "incolore". Un design senza direzione rimuove un'ulteriore limitazione ROADM. La necessità di ricollegare fisicamente le fibre di trasmissione viene eliminata utilizzando ROADM senza direzione poiché non ci sono restrizioni per quanto riguarda la direzione, ad esempio, verso sud o verso nord.
Senza dubbio
Sebbene incolori e senza direzione, i ROADM offrono già una grande flessibilità, due lunghezze d'onda che utilizzano la stessa frequenza potrebbero comunque entrare in collisione in un ROADM. Contentionless ROADM forniscono una struttura interna dedicata per evitare tale blocco.
Gridless
I ROADM senza griglia supportano una griglia di canali a lunghezza d'onda molto densa e possono essere adattati ai requisiti di velocità di trasmissione futuri. La funzione è richiesta per velocità di segnale superiori a 100 Gbit / se diversi formati di modulazione all'interno di una rete.
Quando senza direzione
I ROADM senza direzione sono il design ROADM più diffuso in quanto consentono l'aggiunta / eliminazione di una lunghezza d'onda dalla griglia ITU supportata su qualsiasi interfaccia di linea. In caso di una variante solo senza direzione, le porte di aggiunta / rilascio sono specifiche per una lunghezza d'onda definita. Utilizzando l'opzione incolore, le porte possono anche essere non specifiche della lunghezza d'onda.
La tecnologia senza direzione viene utilizzata principalmente per il reindirizzamento della lunghezza d'onda ad altre porte come richiesto per scopi di ripristino. Sono possibili anche altre applicazioni, ad esempio, in situazioni di larghezza di banda su richiesta. I ROADM che non supportano la funzione senza direzione sono soggetti ad alcune limitazioni per quanto riguarda la flessibilità.
Quando incolore
I ROADM incolori consentono il cambiamento delle lunghezze d'onda di uno specifico canale ottico senza alcun ricablaggio fisico. Un ROADM incolore può essere riconfigurato per aggiungere / eliminare qualsiasi lunghezza d'onda dalla griglia ITU supportata su qualsiasi porta di aggiunta / rilascio. La lunghezza d'onda aggiunta / eliminata può cambiare (interfaccia DWDM sintonizzabile). Ciò consente:
Maggiore flessibilità per il provisioning della lunghezza d'onda e il ripristino della lunghezza d'onda
Commutazione ripristino, commutazione direzionale e commutazione colore
Il vantaggio principale delle porte di aggiunta / rilascio incolori in combinazione con interfacce di linea DWDM sintonizzabili è la maggiore flessibilità per il provisioning della lunghezza d'onda e per il ripristino della lunghezza d'onda. Sintonizzazione automatica sulla successiva lunghezza d'onda libera su un percorso ottico richiesto.
Uno degli ultimi aspetti dell'automazione completa della rete ottica è l'implementazione di ROADM incolori. L'utilizzo di tali ROADM consente l'aggiunta / eliminazione di qualsiasi lunghezza d'onda della griglia ITU supportata su qualsiasi porta di aggiunta / rilascio. La lunghezza d'onda sulla porta può cambiare poiché i ricetrasmettitori sintonizzabili vengono utilizzati come frontend ottici.
Il provisioning e il ripristino della lunghezza d'onda sono ancora più semplici di prima. Quando una lunghezza d'onda è occupata, il sistema può sintonizzare automaticamente il ricetrasmettitore sulla successiva lunghezza d'onda libera disponibile. I ROADM offrono la possibilità di utilizzare funzioni di aggiunta / rilascio fisse e incolori all'interno dello stesso nodo ROADM.
Quando senza contesa
I ROADM illimitati possono aggiungere / eliminare qualsiasi lunghezza d'onda in qualsiasi porta di aggiunta / rilascio senza alcuna griglia di conflitto su qualsiasi porta di aggiunta / rilascio. È possibile aggiungere / eliminare più volte un colore di lunghezza d'onda dedicato (da interfacce di linea DWDM diverse) sullo stesso ramo di aggiunta / rilascio. Se sono presenti solo 8 porte di aggiunta / rilascio, deve essere possibile rilasciare la stessa lunghezza d'onda da 8 diverse direzioni di linea sulle 8 porte di aggiunta / rilascio. Finché sono disponibili porte di aggiunta / rilascio gratuite, il nodo ROADM deve essere in grado di aggiungere / rilasciare qualsiasi lunghezza d'onda da / a qualsiasi interfaccia di linea.
La combinazione di funzionalità CDC (Colorless, Directionless e Contentionless) offre il massimo livello di flessibilità.
Quando Gridless
I nodi ROADM senza griglia supportano griglie di canali ITU-T differenti all'interno dello stesso segnale DWDM. La larghezza di banda della griglia può essere fornita per canale.
La funzione gridless è richiesta per reti che gestiscono velocità di trasmissione dati superiori a 100 Gbit / so per reti che operano con diversi schemi di modulazione. È destinato alle reti di nuova generazione con interfacce di linea coerenti. Velocità di trasmissione dati diverse richiedono requisiti di lunghezza d'onda differenti a seconda dello schema di modulazione e della velocità di trasmissione dei dati.
Le velocità di trasmissione stanno aumentando e gli schemi di modulazione stanno diventando sempre più complessi. Diverse tecnologie di modulazione potrebbero ora essere combinate su una singola fibra ottica. Tutto ciò si riflette nella tecnologia ROADM e genera i requisiti per i ROADM senza griglia. Tali ROADM operano su una fitta rete di frequenze e consentono un provisioning della larghezza di banda per canale. I canali dati richiedono ora requisiti di lunghezze d'onda differenti a seconda del loro schema di modulazione e della loro velocità di trasmissione dati.
Le applicazioni tipiche sono reti che operano con velocità di trasmissione dati superiori a 100 Gbit / so che eseguono diversi schemi di modulazione in parallelo. Quest'ultima situazione può, ad esempio, esistere facilmente quando si utilizzano tecnologie di trasmissione coerenti.