NGN - Tecnología WDM
WDM es una tecnología que permite que varias señales ópticas sean transmitidas por una sola fibra. Su principio es esencialmente el mismo que el de la multiplexación por división de frecuencia (FDM). Es decir, varias señales se transmiten utilizando diferentes portadoras, ocupando partes no superpuestas de un espectro de frecuencias. En el caso de WDM, la banda de espectro utilizada está en la región de 1300 o 1550 nm, que son dos ventanas de longitud de onda en las que las fibras ópticas tienen una pérdida de señal muy baja.
Inicialmente, cada ventana se utilizó para transmitir una única señal digital. Con el avance de los componentes ópticos como los láseres de retroalimentación distribuida (DFB), los amplificadores de fibra dopada con erbio (EDFA) y los fotodetectores, pronto se descubrió que cada ventana de transmisión podía ser utilizada por varias señales ópticas, cada una ocupando pequeña tracción de la ventana de longitud de onda total disponible.
De hecho, el número de señales ópticas multiplexadas dentro de una ventana está limitado únicamente por la precisión de estos componentes. Con la tecnología actual, se pueden multiplexar más de 100 canales ópticos en una sola fibra. La tecnología fue nombrada entoncesdense WDM (DWDM).
La principal ventaja de DWDM es su potencial para aumentar de manera rentable el ancho de banda de la fibra óptica en muchos pliegues. La gran red de fibras que existe en todo el mundo puede tener repentinamente multiplicada su capacidad, sin la necesidad de alargar nuevas fibras, un proceso costoso. Obviamente, los nuevos equipos DWDM deben conectarse a estas fibras. Además, podrían ser necesarios regeneradores ópticos.
La UIT (T) está normalizando el número y la frecuencia de las longitudes de onda que se utilizarán. El conjunto de longitudes de onda utilizado es importante no solo para la interoperabilidad, sino también para evitar interferencias destructivas entre señales ópticas.
La siguiente tabla muestra las frecuencias centrales nominales basadas en el espaciamiento mínimo de canales de 50 GHz anclado a la referencia de 193,10 THz. Tenga en cuenta que el valor de C (velocidad de la luz) se toma igual a 2.99792458 x 108 m / seg. para convertir entre frecuencia y longitud de onda.
La cuadrícula UIT-T (dentro de la banda C), Rec. UIT (T). G.692
| Frecuencias centrales nominales (THz) para espaciamiento de 50 GHz | Frecuencias centrales nominales (THz) para espaciamiento de 100 GHz | Longitudes de onda centrales nominales (Nm) |
|---|---|---|
| 196.10 | 196.10 | 1528,77 |
| 196.05 | 1529.16 | |
| 196,00 | 196,00 | 1529,55 |
| 195,95 | 1529,94 | |
| 195,90 | 195,90 | 1530.33 |
| 195,85 | 1530.72 | |
| 195.80 | 195.80 | 1531.12 |
| 195,75 | 1531.51 | |
| 195.70 | 195.70 | 1531,90 |
| 195.65 | 1532.29 | |
| 195.60 | 195.60 | 1532.68 |
| 195.55 | 1533.07 | |
| 195,50 | 195,50 | 1533,47 |
| 195.45 | 1533.86 | |
| 195.40 | 195.40 | 1534.25 |
| 195.35 | 1534,64 | |
| 195.30 | 195.30 | 1535.04 |
| 195.25 | 1535,43 | |
| 195.20 | 195.20 | 1535.82 |
| 195.15 | 1536.22 | |
| 195.10 | 195.10 | 1536.61 |
| 195.05 | 1537,00 | |
| 195,00 | 195,00 | 1537.40 |
| 194,95 | 1537,79 | |
| 194,90 | 194,90 | 1538.19 |
| 194,85 | 1538.58 | |
| 194.80 | 194.80 | 1538,98 |
| 194,75 | 1539,37 | |
| 194,70 | 194,70 | 1539,77 |
| 194,65 | 1540.16 | |
| 194.60 | 194.60 | 1540.56 |
| 194,55 | 1540,95 | |
| 194,50 | 194,50 | 1541.35 |
| 194,45 | 1541,75 | |
| 194,40 | 194,40 | 1542.14 |
| 194,35 | 1542.54 | |
| 194.30 | 194.30 | 1542,94 |
| 194.25 | 1543,33 | |
| 194,20 | 194,20 | 1543,73 |
| 194.15 | 1544.13 | |
| 194.10 | 194.10 | 1544.53 |
| 194.05 | 1544,92 | |
| 194,00 | 194,00 | 1545.32 |
| 193,95 | 1545,72 | |
| 193,90 | 193,90 | 1546.12 |
| 193,85 | 1546.52 | |
| 193,80 | 193,80 | 1546,92 |
| 193,75 | 1547.32 | |
| 193,70 | 193,70 | 1547,72 |
| 193,65 | 1548.11 | |
| 193.60 | 193.60 | 1548.51 |
| 193,55 | 1548,91 | |
| 193,50 | 193,50 | 1549,32 |
| 193,45 | 1549,72 | |
| 193,40 | 193,40 | 1550.12 |
| 193,35 | 1550.52 | |
| 193.30 | 193.30 | 1550,92 |
| 193.25 | 1551,32 | |
| 193.20 | 193.20 | 1551,72 |
| 193.15 | 1552.12 | |
| 193.10 | 193.10 | 1552.52 |
| 193.05 | 1552,93 | |
| 193,00 | 193,00 | 1533,33 |
| 192,95 | 1553,73 | |
| 192,90 | 192,90 | 1554.13 |
| 192,85 | 1554.54 | |
| 192,80 | 192,80 | 1554,94 |
| 192,75 | 1555,34 | |
| 192,70 | 192,70 | 1555,75 |
| 192,65 | 1556.15 | |
| 192,60 | 192,60 | 1556,55 |
| 192,55 | 1556,96 | |
| 192,50 | 192,50 | 1557,36 |
| 192,45 | 1557,77 | |
| 192.40 | 192.40 | 1558.17 |
| 192,35 | 1558.58 | |
| 192.30 | 192.30 | 1558,98 |
| 192.25 | 1559,39 | |
| 192.20 | 192.20 | 1559,79 |
| 192.15 | 1560.20 | |
| 192.10 | 192.10 | 1560.61 |
DWDM dentro de la red
Una red SDH típica tendrá dos fibras a cada lado de cada nodo, una para transmitir a su neighbor on y uno para recibir de su neighbor on.
Si bien tener dos fibras entre un sitio no suena tan mal, en la práctica probablemente habrá muchos sistemas ejecutándose entre sitios, aunque no formen parte de la misma red.
Con solo las dos redes que se muestran arriba, ahora se requieren cuatro fibras entre los sitios C y D, y el tendido entre sitios es extremadamente costoso. Aquí es donde entran en juego las redes DWDM.
Con un sistema DWDM, la cantidad de fibras necesarias entre los sitios C y D se reduce a una sola fibra. Los equipos DWDM modernos pueden multiplexar hasta 160 canales, lo que representa un enorme ahorro en la inversión en fibra. Debido a que el equipo DWDM funciona solo con la señal física, no afecta en absoluto la capa SDH de la red. La señal SDH no se termina ni se interrumpe, en lo que respecta a la red SDH. Todavía existe una conexión directa entre los sitios.
Las redes DWDM son independientes del protocolo. Transportan longitudes de onda de luz y no operan en la capa de protocolo.
Los sistemas DWDM pueden ahorrar grandes cantidades de dinero a los operadores de red al colocar fibra, incluso más en largas distancias. Usando amplificadores ópticos, es posible transmitir una señal DWDM a largas distancias.
Un amplificador recibe una señal DWDM de longitud de onda múltiple y simplemente la amplifica para llegar al siguiente sitio.
Un amplificador operacional amplificará las lambdas rojas o azules, si está amplificando las lambdas rojas, eliminará los canales azules recibidos y viceversa. Para amplificar en ambas direcciones, se requiere uno de ambos tipos de amplificador.
Para que el sistema DWDM funcione de manera satisfactoria, se deben ecualizar las longitudes de onda entrantes al amplificador óptico.
Esto implica configurar todas las fuentes ópticas entrantes al sistema DWDM a niveles de potencia óptica similares. Las longitudes de onda que no se han ecualizado pueden mostrar errores al transportar tráfico.
Algunos fabricantes de equipos DWDM ayudan a los técnicos de campo midiendo las potencias ópticas de los canales entrantes y recomendando qué canales requieren ajuste de potencia.
La ecualización de las longitudes de onda se puede realizar de varias formas; Se puede instalar un atenuador óptico variable entre el marco de gestión de fibra y el acoplador DWDM; un ingeniero puede ajustar la señal en el lado del acoplador DWDM.
Alternativamente, el equipo fuente puede tener transmisores ópticos de salida variable, esto permite al ingeniero ajustar la potencia óptica a través del software en el equipo fuente.
Algunos acopladores DWDM tienen atenuadores integrados para cada canal recibido, un ingeniero puede ajustar cada canal en el punto de acceso DWDM.
Cuando múltiples frecuencias de luz viajan a través de una fibra, puede ocurrir una condición conocida como mezcla de cuatro ondas. Se generan nuevas longitudes de onda de luz dentro de la fibra a longitudes de onda / frecuencias determinadas por la frecuencia de las longitudes de onda originales. La frecuencia de las nuevas longitudes de onda viene dada por f123 = f1 + f2 - f3.
La presencia de las longitudes de onda puede afectar negativamente a la relación señal óptica a ruido dentro de la fibra y afectar la BER del tráfico dentro de una longitud de onda.
COMPONENTES WDM
Los componentes de WDM se basan en varios principios ópticos. La figura que se muestra a continuación muestra un solo enlace WDM. Los láseres DFB se utilizan como transmisores, uno para cada longitud de onda. Un multiplexor óptico combina estas señales en la fibra de transmisión. Los amplificadores ópticos se utilizan para bombear la señal óptica para compensar las pérdidas del sistema.
En el lado del receptor, los demultiplexores ópticos separan cada longitud de onda, para ser entregados a los receptores ópticos al final del enlace óptico. Las señales ópticas se agregan al sistema mediante los ADM ópticos (OADM).
Estos dispositivos ópticos son equivalentes a los ADM digitales, que preparan y dividen las señales ópticas a lo largo de la ruta de transmisión. Los OADM suelen estar hechos de rejillas de guía de ondas en matriz (AWG), aunque también se han utilizado otras tecnologías ópticas, como las rejillas de fibra de bragg.
Un componente clave de WDM es el interruptor óptico. Este dispositivo es capaz de cambiar señales ópticas desde un puerto de entrada dado a un puerto de salida dado. Es el equivalente a una barra transversal electrónica. Los conmutadores ópticos permiten la construcción de redes ópticas, por lo que una señal óptica determinada se puede enrutar hacia su destino apropiado.
Otro componente óptico importante es el convertidor de longitud de onda. Un convertidor de longitud de onda es un dispositivo que convierte una señal óptica que llega a una longitud de onda determinada en otra señal en una longitud de onda diferente, manteniendo el mismo contenido digital. Esta capacidad es importante para las redes WDM porque proporciona más flexibilidad en el enrutamiento de señales ópticas a través de la red.
REDES DE TRANSPORTE ÓPTICO
Las redes WDM se construyen conectando nodos de conexión cruzada de longitud de onda (WXC) en una topología determinada. Los WXC se realizan mediante multiplexores y demultiplexores de longitud de onda, conmutadores y convertidores de longitud de onda.
La siguiente figura muestra una arquitectura de nodo WXC genérica.
Las señales ópticas, multiplexadas en la misma fibra, llegan a un demultiplexor óptico. La señal se descompone en varias portadoras de longitud de onda y se envía a un banco de conmutadores ópticos. Los interruptores ópticos encaminan las señales de varias longitudes de onda a un banco de salida.
Multiplexores, donde las señales se multiplexan e inyectan en las fibras salientes para su transmisión. Se pueden utilizar convertidores de longitud de onda entre el conmutador óptico y los multiplexores de salida para proporcionar más flexibilidad de enrutamiento. Los WXC se han investigado durante varios años. Las dificultades con los WXC son la diafonía y la tasa de extinción.
Un nodo de conexión cruzada de longitud de onda
Las redes de transporte óptico (OTN) son redes WDM que proporcionan servicios de transporte a través de trayectos ligeros. Una ruta de luz es una tubería de gran ancho de banda que transporta datos hasta varios gigabits por segundo. La velocidad del camino de la luz está determinada por la tecnología de los componentes ópticos (láseres, amplificadores ópticos, etc.). Actualmente se pueden alcanzar velocidades del orden de STM-16 (2488,32 Mbps) y STM-64 (9953,28 Mbps).
Una OTN se compone de nodos WXC, más un sistema de gestión, que controla la configuración y el desmontaje de las rutas de luz a través de funciones de supervisión como la supervisión de dispositivos ópticos (amplificador, receptores), recuperación de fallos, etc. El montaje y desmontaje de las rutas de luz se ejecutará en una gran escala de tiempo, como horas o incluso días, dado que cada uno de ellos proporciona capacidad de ancho de banda de la red troncal.
Existe mucha flexibilidad en la forma en que se implementan las OTN, según los servicios de transporte que se proporcionarán. Una de las razones de esta flexibilidad es que la mayoría de los componentes ópticos son transparentes a la codificación de señales. Solo en el límite de la capa óptica, donde la señal óptica debe volver a convertirse al dominio electrónico, importa la codificación.
Por lo tanto, los servicios ópticos transparentes para admitir varias tecnologías de redes electrónicas heredadas, como SDH, ATM, IP y retransmisión de tramas, que se ejecutan sobre la capa óptica, es un escenario probable en el futuro.
La capa óptica se divide además en tres subcapas:
La red de capa de canal óptico, que interactúa con clientes OTN, proporcionando canales ópticos (OChs).
La red de capa de multiplexación óptica, que multiplexa varios canales en una sola señal óptica.
La red de capa de sección de transmisión óptica, que proporciona la transmisión de la señal óptica a través de la fibra.
FORMATO DE MARCO OTN
De manera similar al uso de una trama SDH, se espera que el acceso a la OCh sea a través de una trama OC, que está definida actualmente. El tamaño de la trama básica corresponde a la velocidad STM-16 o 2488,32 Mbps, que constituye la señal OCh básica. La siguiente figura muestra un posible formato de trama OCh.
Un marco de canal óptico
La región más a la izquierda de la trama (que se muestra en la figura que se muestra a continuación) está reservada para bytes de tara. Estos bytes se utilizarán para funciones OAM & P, similares a los bytes de sobrecarga de la trama SDH, discutidos anteriormente.
Sin embargo, es probable que se admitan funciones adicionales, como la provisión de fibras oscuras (reserva de una longitud de onda entre dos puntos finales para un solo usuario) y APS basado en la longitud de onda. La región más a la derecha de la trama está reservada para que se ejerza un esquema de corrección de errores hacia adelante (FEC) en todos los datos de carga útil. Un FEC sobre una capa de transmisión óptica aumenta la longitud máxima del tramo y reduce el número de repetidores. Se puede utilizar un código Reed-Solomon.
Varios OCh deben multiplexarse juntos en el dominio óptico para formar la señal del multiplexor óptico (OMS). Esto es paralelo a la multiplexación de varias tramas STM-1 en un formato de trama STM-N SDH. Se pueden multiplexar varios OCh para formar OMS.
La señal de cliente óptico se coloca dentro de la señal de carga útil OCh. La señal del cliente no está limitada por el formato de trama OCh. En cambio, se requiere que la señal del cliente sea solo una señal digital de tasa de bits constante. Su formato también es irrelevante para la capa óptica.
ANILLOS WDM
Conceptualmente, un anillo WDM no es muy diferente de un anillo SDH. Los WXC están interconectados en una topología de anillo, similar a los ADM SDH en un anillo SDH. La principal diferencia arquitectónica entre un anillo SDH y un anillo WDM se basa en las capacidades WXC de conmutación y conversión de longitud de onda.
Estas características se pueden utilizar, por ejemplo, para proporcionar niveles de protección sin paralelo en la tecnología SDH. En otras palabras, se puede proporcionar protección de longitud de onda o trayectoria de luz, además de protección de trayectoria y línea.
Los protocolos APS ópticos son tan complejos como los APS SDH. La protección se puede proporcionar en el nivel OCh o en el nivel de la sección de multiplexación óptica / sección de transmisión óptica. Algunas capacidades de protección adicionales se pueden implementar sin paralelo en anillos SDH. Por ejemplo, un camino de luz fallido (por ejemplo, un fallo de láser) se puede arreglar convirtiendo una señal óptica de una longitud de onda determinada en una diferente, evitando el redireccionamiento de la señal.
Esto es equivalente a la conmutación de tramo en SDH, con la diferencia de que incluso dos anillos WDM de fibra pueden proporcionar dicha capacidad para la protección OCh. Sin embargo, en la capa OMS, la protección de tramo requerirá cuatro anillos de fibra, como en SDH. Sin duda, estas características adicionales introducirán una complejidad adicional en los protocolos APS de capa óptica.
Una vez que el anillo WDM está activado, es necesario establecer trayectos de luz de acuerdo con el patrón de tráfico que se admitirá.
REDES MESH WDM
Las redes de malla WDM se construyen con los mismos componentes ópticos que los anillos WDM. Sin embargo, los protocolos que se utilizan en las redes malladas son diferentes de los que se utilizan en los anillos. Por ejemplo, la protección en redes de malla es una propuesta más compleja, al igual que el problema del enrutamiento y la asignación de longitud de onda en redes de malla WDM.
Es probable que las redes de malla sean como infraestructuras troncales que conectan anillos WDM. Se espera que algunas de estas conexiones sean ópticas, evitando cuellos de botella ópticos / electrónicos y proporcionando transparencia. Otros requerirán la conversión de la señal óptica en el dominio electrónico para la gestión de la supervisión y, quizás, para fines de facturación. La siguiente figura muestra una red WDM.
Infrastructure - En esta figura, se muestran las tres siguientes capas de topología -
- Red de acceso
- Red regional
- Red troncal
Infraestructura de red WDM
Se incluyen tanto anillos SDH como redes ópticas pasivas (PON) como redes de acceso. Generalmente se basan en una topología de bus o estrella y se utiliza el protocolo de control de acceso al medio (MAC) para coordinar las transmisiones entre los usuarios. No se proporciona ninguna funcionalidad de enrutamiento en dichas redes.
Estas arquitecturas son prácticas para redes que soportan como máximo unos pocos cientos de usuarios en distancias cortas. Aunque las PON son redes menos costosas que los anillos WDM, debido a la falta de componentes activos y características como el enrutamiento de longitud de onda, los láseres necesarios en las fuentes de PON hacen que la primera generación de tales equipos sea aún más cara que los anillos SDH. Esto favorece la solución SDH a nivel de red de acceso, al menos en un futuro próximo.
Las redes troncales contienen componentes ópticos activos, por lo que proporcionan funciones como la conversión de longitud de onda y el enrutamiento. Las redes troncales tendrán que interactuar de alguna manera con tecnologías de transporte heredadas, como ATM, IP, PSTN y SDH.
El escenario general se muestra en la siguiente figura. Varios tipos de interfaz involucrados en la figura.
Superposición de una red de transporte WDM que transporta tráfico ATM / IP.
Encapsulación de tramas SDH
La trama OCh debe definirse para que la encapsulación de la trama SDH se pueda realizar fácilmente. El STM-16xc completo, por ejemplo, debe transportarse como una carga útil OCh. Si se utiliza un canal óptico STM-16 básico, es posible que no sea posible encapsular SDH-16xc en un canal óptico STM-16, debido a los bytes de sobrecarga OCh.
Actualmente se está definiendo el formato de trama OCh. La siguiente figura ejemplifica la encapsulación de tramas SDH en tramas OCh.
Interfaces SDH a WDM
Los equipos WDM con interfaces SDH físicas entregarán señales ópticas a los dispositivos SDH. Estas interfaces deben ser compatibles con versiones anteriores de la tecnología SDH. Por lo tanto, el dispositivo SDH no necesita conocer la tecnología WDM utilizada para transportar su señal (por ejemplo, el dispositivo puede pertenecer a un anillo BLSR / 4).
En este caso, el WXC caerá y agregará al medio óptico la longitud de onda utilizada originalmente en el anillo SDH. De esta manera, las capas WDM y SDH están completamente desacopladas, lo cual es necesario para la interoperabilidad de WDM con equipos heredados de SDH.
Esto impone restricciones adicionales en la selección de longitudes de onda en la capa óptica, ya que la longitud de onda del último salto, la que interactúa con el dispositivo SDH, debe ser la misma que usa el dispositivo SDH para terminar la ruta óptica, si no se proporciona conversión de longitud de onda. dentro del dispositivo SDH.
Un enlace WDM
| Tecnología | Detección | Restauracion | Detalles | |
|---|---|---|---|---|
| WDM | WDM-OMS / OCH | 1-10 ms | 10-30ms | Anillo / PP |
| SDH | SDH | 0,1 ms | 50 ms | anillo |
| APS 1 + 1 | 0,1 ms | 50 ms | PÁGINAS | |
| Cajero automático | FDDI | 0,1 ms | 10 ms | anillo |
| STM | 0,1 ms | 100 ms | ||
| Cajero automático PV-C / P 1 + 1 | 0,1 ms | 10msxN | En espera N = # saltos | |
| ATM PNNI SPV-C / P, SV-C / P | Años 40 | 1-10 s | ||
| IP | Protocolo de puerta de enlace fronteriza | 180 ms | 10-100 s | |
| Protocolo de enrutamiento de puerta de enlace interior y E-OSPF | Años 40 | 1-10 s | ||
| Sistema intermedio | Años 40 | 1-10 s | ||
| Protocolo de enrutamiento de Internet | 180 | 100 |
Según la tabla que se muestra arriba, aunque la restauración es más rápida en WDM que en la tecnología SDH, la detección de fallas en WDM es más lenta. La superposición más segura de los mecanismos de protección WDM / SDH requiere un esquema de protección WDM más rápido. Alternativamente, los APS SDH podrían ralentizarse artificialmente si los clientes SDH pueden permitirse la degradación del rendimiento en que incurren tales procedimientos.
La recuperación innecesaria de fallas en las capas superiores puede causar inestabilidad en la ruta y congestión del tráfico; por lo tanto, debe evitarse a toda costa. Las comprobaciones de persistencia de fallas se pueden utilizar en las capas superiores para evitar una reacción temprana a las fallas en las capas inferiores.
Una recuperación de falla en la subcapa OMS puede reemplazar los procedimientos de recuperación de varias instancias de las señales SDH que son servidas por la capa óptica. Por lo tanto, un número potencialmente grande de clientes SDH no tiene que iniciar procedimientos de recuperación de fallas en sus capas. Por lo tanto, una sola recuperación de falla en la subcapa óptica OMS puede ahorrar cientos.
Evolución hacia una red de transporte totalmente óptica
Es probable que la evolución hacia una red WDM totalmente óptica se produzca gradualmente. Primero, los dispositivos WXC se conectarán a las fibras existentes. Es posible que se necesiten algunos componentes adicionales en el enlace óptico, como los EDFA, para que los enlaces de fibra heredados sean adecuados para la tecnología WDM. Los WXC interactuarán con equipos heredados, como SDH e interfaz de datos distribuidos por fibra (FDDI).
Una ventaja de una red de transporte transparente totalmente óptica es que es probable que se produzca la transferencia de funciones SDH a la capa superior (IP / ATM) o inferior (WDM) SDH, lo que genera ahorros en términos de actualización y mantenimiento de la red. Dicha reorganización de capas podría afectar a las redes de transporte, suponiendo que el tráfico en tiempo real, incluida la voz, está empaquetado (IP / ATM). Esto podría conducir a la extinción de las señales SDH de los VC.
Entonces, una cuestión clave sería cómo empaquetar paquetes de manera más eficiente en SDH, o incluso directamente en tramas OCh. Independientemente del nuevo método de encapsulación que surja, la compatibilidad con el encapsulado IP / PPP / HDLC y ATM es imprescindible.