Redes ópticas - Guía rápida

El pensamiento actual sobre IP sobre WDM al delinear un camino hacia la red de datos ópticos, que incluye el protocolo de red de datos múltiples junto con una infraestructura de red óptica neutral en cuanto al protocolo, es desafiado. Este tutorial analiza la diversidad de protocolos de redes de datos y arquitecturas de red para redes de datos ópticos.

La explosión del ancho de banda introducida por la popularidad de Internet ha llevado a un cambio de paradigma en la industria de las telecomunicaciones de servicios de conmutación de circuitos optimizados para voz a servicios de conmutación de paquetes optimizados para datos. La notación de soportar "datos directamente sobre la óptica" ha sido impulsada por la promesa de que la eliminación de capas de red innecesarias conducirá a una gran reducción en el costo y la complejidad de la red.

En esta visión de capas de red reducidas o colapsadas, los sistemas TDM existentes, como la Jerarquía digital síncrona (SDH), desempeñan un papel cada vez menor, y la red de transporte óptico emerge como la infraestructura de transporte subyacente para la "red de redes" resultante.

Internet óptico

El funcionamiento de Internet óptico, por ejemplo, según lo define el Optical Interworking Forum (OIF), es una infraestructura de red optimizada para datos en la que los conmutadores y enrutadores tienen interfaces ópticas integradas y están conectados directamente por fibra o elementos de red óptica, como Dense Wavelength- Multiplexores de división (DWDM).

En la actualidad, sin embargo, la noción de propiedad intelectual directamente sobre WDM es poco más que un marketing inteligentemente disfrazado. Casi invariablemente, IP sobre WDM son paquetes IP mapeados en SDH, junto con sistemas DWDM punto a punto basados ​​en SDH. Los elementos independientes SDH, a menudo denominados multiplexores por división de tiempo (TDM), no son necesarios, pero SDH sigue siendo un elemento integral de la interfaz del equipo de red de datos.

La dependencia cada vez mayor de la presencia de SDH en los sistemas DWDM limita la innovación tecnológica. Por ejemplo, puede inhibir aplicaciones de paquetes a través de fibra, como el modo de transferencia asíncrona (ATM), Gigabit Ethernet (GbE) y 10 GbE sobre DWDM. Tampoco nos acerca a la realización de la visión definitiva de las redes de transporte óptico.

En comparación con la visión actual de IP sobre WDM, existe una visión más equilibrada de la evolución de la red de datos / transporte. Esta visión equilibrada se basa en dos principios fundamentales:

• Cada red de datos es única, en un mercado regido por la diferenciación.

• La red de transporte óptico (OTN), como infraestructura subyacente "red de redes", debería ser capaz de transportar una amplia variedad de señales de cliente, independientemente de su formato.

Juntos, estos principios fundamentales forman la base del concepto de redes ópticas de datos.

Las redes de transporte basadas en TDM actuales se han diseñado para proporcionar un nivel asegurado de rendimiento y confiabilidad para los servicios predominantes de voz y de línea. Se han implementado ampliamente tecnologías probadas, como SDH, que brindan transporte de alta capacidad, escalable a velocidades de gigabit por segundo, para aplicaciones de voz y de línea alquilada. Los anillos de autorreparación SDH permiten la recuperación del nivel de servicio en decenas de milisegundos después de fallas de red. Todas estas características están respaldadas por estándares globales bien establecidos que permiten un alto grado de interoperabilidad de múltiples proveedores.

Red de hoy

A diferencia de las redes de transporte basadas en TDM actuales (y, hasta cierto punto, con las redes ATM), las redes IP de "mejor esfuerzo" generalmente carecen de los medios para garantizar una alta confiabilidad y un rendimiento predecible. El servicio de mejor esfuerzo proporcionado por la mayoría de las redes IP heredadas, con demoras, fluctuaciones y pérdida de paquetes impredecibles, es el precio que se paga para lograr la máxima utilización del enlace a través de la multiplexación estadística. La utilización de enlaces (por ejemplo, el número de usuarios por unidad de ancho de banda) ha sido una importante figura de mérito para las redes de datos, ya que los enlaces generalmente se transportan en circuitos arrendados a través de la red de transporte TDM.

Dada la naturaleza intrínsecamente ráfaga del tráfico de datos, las tuberías de ancho de banda fijo del transporte TDM pueden no ser una solución idealmente eficiente. Sin embargo, esta ineficiencia se ha considerado tradicionalmente de menor importancia que la fiabilidad de la red y las características de aislamiento de la congestión de un proveedor de red de transporte basado en TDM.

La creciente demanda de servicios de datos diferenciados y de gran ancho de banda desafía ahora este modelo de arquitectura dual de transporte basado en TDM y redes de paquetes de mejor esfuerzo. No es rentable extender la utilidad de las redes de mejor esfuerzo al sobreaprovisionar el ancho de banda de la red y mantener la red ligeramente cargada.

Además, este enfoque no siempre se puede lograr o garantizar debido al crecimiento irregular de la demanda, y es un problema particular para el dominio de acceso a la red, que es más sensible a las limitaciones económicas de las instalaciones infrautilizadas. Como resultado, en general, los proveedores de servicios de datos hoy en día no tienen el soporte de infraestructura de red para brindar garantías de servicio diferenciadas específicas para el cliente y los correspondientes acuerdos de nivel de servicio.

Red de próxima generación

Las arquitecturas de red de próxima generación para una evolución rentable, confiable y escalable emplearán redes de transporte y capas de servicio mejoradas, trabajando juntas de manera complementaria e interoperable. Estas redes de próxima generación aumentarán drásticamente y compartirán al máximo la capacidad de la infraestructura de la red troncal y proporcionarán una diferenciación de servicios sofisticada para las aplicaciones de datos emergentes.

La red de transporte permite que las capas de servicio funcionen de manera más eficaz, liberándolas de las limitaciones de la topología física para centrarse en el desafío suficientemente grande de cumplir con los requisitos del servicio. Por lo tanto, complementando las muchas mejoras de la capa de servicio, la red de transporte óptico proporcionará una capa unificada y optimizada de administración de ancho de banda de alta capacidad y alta confiabilidad, y creará las llamadas soluciones de redes de datos ópticos para servicios de datos de mayor capacidad con calidad garantizada.

Redes de transporte óptico: una visión práctica

Las visiones de las redes ópticas han capturado la imaginación de investigadores y planificadores de redes por igual, desde la rápida y exitosa comercialización de WDM. En la visión original de la red de transporte óptico, surge una red de transporte flexible, escalable y robusta, que atiende a una variedad en expansión de señales de clientes con requisitos de servicio igualmente variados (flexibilidad, escalabilidad y supervivencia junto con velocidad de bits e independencia de protocolo).

La promesa de una infraestructura de transporte capaz de satisfacer las crecientes demandas de ancho de banda hasta bien entrado este nuevo siglo, en el que las longitudes de onda reemplazan a los intervalos de tiempo como medio para proporcionar una transferencia confiable de servicios de gran ancho de banda a través de la red, es realmente tentadora. Pero, ¿qué son las redes ópticas? La respuesta varía mucho y, de hecho, ha evolucionado en los últimos años. Los primeros intentos de creación de redes ópticas se centraron en una transparencia óptica y el diseño de redes ópticamente transparentes a escala global.

Solución práctica

En ausencia de soluciones viables "totalmente ópticas", las soluciones más prácticas para redes ópticas se adaptan a la necesidad de optoelectrónica para soportar la regeneración de señales ópticas y el monitoreo del rendimiento de las señales ópticas. En lo que se denomina redes totalmente ópticas, las señales atraviesan la red completamente en el dominio óptico, sin ninguna forma de procesamiento optoelectrónico. Esto implica que todo el procesamiento de señales, incluida la regeneración de señales, el enrutamiento y el intercambio de longitudes de onda, se lleva a cabo completamente en el dominio óptico.

Debido a las limitaciones de la ingeniería analógica (por ejemplo, el factor limitante en un sistema digital diseñado correctamente es una precisión de uno en la conversión de la forma de onda del mensaje analógico original en forma digital) y considerando el estado actual de la técnica en tecnología de procesamiento totalmente óptico. , la noción de todas las redes ópticas globales o incluso nacionales no es prácticamente alcanzable.

En particular, la conversión optoelectrónica puede ser necesaria en los elementos de la red óptica para evitar la acumulación de degradaciones de transmisión: degradaciones resultantes de tales factores áreas dispersión cromática de fibra de fibra y no linealidades, cascada de amplificadores de ganancia plana no ideales, diafonía de señal óptica, y estrechamiento del espectro de transmisión de filtros no planos en cascada. La conversión optoelectrónica también puede admitir el intercambio de longitudes de onda, que actualmente es una característica difícil de realizar en todo el dominio óptico.

En resumen, en ausencia de dispositivos disponibles comercialmente que realicen la regeneración de señales para mitigar la acumulación de degradaciones y soportar la conversión de longitud de onda en el dominio totalmente óptico, se debe esperar alguna medida de conversión optoelectrónica en arquitecturas prácticas de redes ópticas a corto plazo. Las arquitecturas de red óptica resultantes se pueden caracterizar por subredes ópticamente transparentes (o totalmente ópticas), delimitadas por optoelectrónica con características mejoradas, como se muestra en la figura anterior.

Transparencia de la señal del cliente

Más allá de la ingeniería de redes analógicas, las consideraciones prácticas seguirán gobernando la realización final de la OTN. Entre estas consideraciones, la principal es el deseo del operador de red de un alto grado de transparencia de la señal del cliente dentro de la futura infraestructura de transporte.

¿Qué se entiende por "transparencia de la señal del cliente"? Específicamente, para el conjunto deseado de señales de cliente destinadas al transporte en la OTN, se definen mapeos individuales para transportar estas señales como cargas útiles de señales de servidor de canal óptico (OCh). Las señales que se esperan en OTN incluyen señales SDH y PDH heredadas y tráfico basado en paquetes, como Protocolo de Internet (IP), ATM, GbE y Ssimple Ddata Llink (SDL). Una vez que se ha mapeado una señal de cliente en su señal de servidor OCh en la entrada de la OTN, un operador que implemente dicha red no necesita tener un conocimiento detallado de (o acceso a) la señal de cliente, hasta que se desmapee en la salida de la red.

Los puntos de entrada y salida de la red óptica deben delimitar el dominio de la transparencia de la señal del cliente OTN. Por lo tanto, el factor más importante para lograr la transparencia de la señal del cliente es eliminar todo el equipo y el procesamiento específicos del cliente entre los puntos de entrada y salida de OTN. Afortunadamente, es más fácil aceptar equipos dependientes del cliente en la entrada / salida, ya que generalmente se dedica a cada servicio.

Redes de transporte óptico a través de envoltorios digitales

El uso generalizado de la tecnología DWDM ha presentado a los proveedores de servicios un nuevo desafío: cómo gestionar de forma rentable el creciente número de longitudes de onda para proporcionar servicios rápidos y fiables a sus clientes finales. Para gestionar de forma eficaz la longitud de onda o los OCh, es necesario que las redes ópticas admitan las funciones de operación, administración y mantenimiento (OAM) por longitud de onda o nivel de OCh.

Rec. UIT (T) G872 define alguna funcionalidad para OAM de nivel OCh implementada en forma de gastos generales sin especificar cómo se llevarán a cabo estos gastos generales. Hasta ahora, la única forma viable de soportar la regeneración de señales y de monitorear, analizar y administrar OChs (longitudes de onda) era confiar en las señales y equipos SDH en toda la red. Esto requiere que las señales en cada una de las longitudes de onda en el sistema WDM tengan formato SDH.

Un canal óptico (longitud de onda)

Aprovechando los puntos de regeneración optoelectrónicos existentes en los sistemas DWDM, la noción de usar tecnología de envoltura digital proporcionará una funcionalidad y confiabilidad similar a SDH, pero para cualquier señal de cliente, acercándonos un paso más a la realización de la visión original de las redes de transporte óptico. .

La tecnología de envoltura digital proporciona las funciones de gestión de red descritas en la Rec. UIT (T). G.872 para habilitar OTN. Estos incluyen el monitoreo del desempeño de la capa óptica, Fforward Eerror Ccorrection (FEC) y protección de anillo y restauración de la red por longitud de onda, todo independiente del formato de la señal de entrada como se muestra en la siguiente figura.

La noción de usar una envoltura digital (o TDM) por "alrededor" del cliente OCh para soportar la sobrecarga OCh asociada al canal se ha propuesto recientemente y, de hecho, se ha adoptado como base para la definición de OCh. Este esquema aprovechará la necesidad de regeneración de OCh para agregar capacidad adicional al cliente de OCh. Por supuesto, una vez que tenemos un medio de agregar digitalmente sobrecarga a la señal del cliente OCh, tiene sentido usar esto para admitir todos los requisitos OAM de nivel OCh.

En particular, la sobrecarga agregada digitalmente hace que sea casi trivial resolver el principal problema de monitoreo del rendimiento de la OTN, es decir, proporcionar acceso a Bbit Eerror Rrate (BER) de una manera independiente del cliente. BAnd al utilizar opcionalmente FEC, el método de envoltura digital puede mejorar significativamente el rendimiento BER de la señal del cliente, minimizando aún más el requisito de conversión optoelectrónica.

Un método para mejorar el rendimiento de la red de transporte es mediante el uso de FEC, que actualmente se proporciona en algunos equipos. Por lo tanto, un beneficio adicional de la técnica de envoltura digital es la capacidad de admitir opcionalmente FEC para mejorar el margen del sistema.

Estructura del marco OCh

En términos funcionales, la carga útil OCh y OAM deben ser separables del mecanismo FEC. Esto permite transportar la carga útil y OAM de un extremo a otro a través de la red, mientras se utilizan diferentes esquemas FEC en diferentes enlaces. Un ejemplo obvio de dónde puede ocurrir esto es entre enlaces submarinos y terrestres. En el primero, se están investigando nuevos códigos FEC para la próxima generación de sistemas.

Figura siguiente La figura siguiente ilustra la estructura de trama básica propuesta del OCh y los tipos de funciones que pueden llevarse a cabo en la estructura de trama OCh. Si bien podría argumentarse que esta propuesta es incompatible con los objetivos a largo plazo de todas las redes ópticas, no deberíamos esperar que desaparezca la necesidad de regeneración.

La distancia entre los puntos de regeneración seguirá aumentando; sin embargo, seguirá existiendo la necesidad de regeneración en los puntos de transferencia de señales. Junto con el uso de Ooptical Ssupervisory Cchannel (OSC) para administrar OChs dentro de subredes ópticamente transparentes, los contenedores digitales admitirán la administración de extremo a extremo de OChs (longitud de onda) en OTN nacionales o globales.

La regeneración 3R (remodelación, reprogramación y regeneración) se proporciona mediante conversión óptica a eléctrica y viceversa, y la propuesta de envoltura digital aprovecha esto. ¿Cambiaría la imagen si estuviera disponible la regeneración 3R totalmente óptica? Si la regeneración totalmente óptica es capaz de agregar sobrecarga, el argumento no se modifica; solo cambiaría la implementación del regenerador.

Si los regeneradores ópticos no pueden agregar sobrecarga, la necesidad de sobrecarga de OChs no desaparecerá. ; Los regeneradores ópticos simplemente aumentarían la distancia potencial entre los puntos de regeneración optoelectrónicos, y la envoltura digital pasaría de forma transparente a través de ellos. Las implicaciones del uso de envoltorios digitales en la evolución de las redes de transporte óptico pueden ser profundas, especialmente cuando se toman en el contexto de las tendencias de redes de datos.

Opciones de pila de protocolos

El protocolo IP es claramente la capa de convergencia en las redes de comunicación de datos actuales, y es previsible que amplíe esta función a las redes multiservicio en los próximos años. IP se puede transportar a través de una amplia variedad de protocolos de capa de enlace de datos e infraestructuras de red subyacentes. Figura siguiente La figura siguiente muestra algunas de las posibles pilas de protocolos, o asignaciones, de IP en una infraestructura de red WDM.

¿Qué es IP sobre WDM?

Las pilas de protocolos etiquetadas a, byd en la siguiente figura anterior son las más comúnmente implementadas en la actualidad. Utilizan el mapeo clásico de IP sobre ATM sobre SDH como se muestra en la Fig (a) ;. paquete sobre SDH (POS) como se muestra en la Fig. (b); o la IP clásica y bien extendida sobre Ethernet como se muestra en la Fig. (d). Los casos (e) y (f) utilizan Simple Data Link (SDL), una nueva capa de enlace de datos propuesta recientemente como alternativa a POS. La pila de protocolos etiquetada (c) es una alternativa al caso (a), donde se elimina la capa SDH intermedia y se realiza un mapeo directo de las células ATM en WDM.

Estas diferentes pilas de protocolos proporcionan una funcionalidad diferente, en términos de sobrecarga de ancho de banda, escalabilidad de velocidad, gestión del tráfico y QOS. Afirmar que cualquier mapeo en particular representa IP sobre WDM es extremadamente falso.

Esta diversidad de protocolos de capa de enlace de datos y mapeos de IP en diferentes infraestructuras de red subyacentes es una de las principales fortalezas de IP, y es una característica que no desaparecerá. Por el contrario, es muy posible que se proponga un mapeo de protocolos nuevo, innovador y más eficiente para el transporte de paquetes IP. Este ya es el caso de las redes de bajo ancho de banda y baja confiabilidad, y también lo será para las redes ópticas de alto ancho de banda y altamente confiables. Esta visión también encaja dentro de la visión de "todo sobre PI y sobre todo sobre PI".

IP sobre WDM, como se define hoy, impone una visión restrictiva de las capacidades que pueden proporcionar las redes de datos y las redes ópticas. Las restricciones, introducidas por una sola pila de protocolos y no por el uso completo de las capacidades de red en la capa óptica, son muy restrictivas para algunas aplicaciones de red.

Las tendencias de redes mencionadas anteriormente requieren una plataforma de redes ópticas que pueda admitir una variedad de pilas de protocolos, arquitecturas de red y opciones de protección y restauración de una manera independiente de la señal del cliente. La opción POS sobre WDM punto a punto es la mejor para algunas de las aplicaciones de red en redes de datos de alta velocidad, pero ciertamente no para todas. Además, la plataforma óptica seleccionada para implementar y desplegar estas futuras redes de datos debe garantizar que las asignaciones de pila de protocolos nuevas e inesperadas se puedan acomodar fácilmente y que puedan recibir las mismas características de red de la red de capa óptica sin la necesidad de una conversión de protocolo intermedio.

La red de datos ópticos es un enfoque alternativo que no intenta reducir la heterogeneidad de las pilas de protocolos y arquitecturas de red, sino que explota la heterogeneidad para proporcionar soluciones de red personalizadas para cada aplicación particular y segmento de proveedor de red. La red de datos ópticos combina funciones de red en las capas de servicio y transporte.

Componente principal de la red de datos ópticos

La diversidad de pilas de protocolos, reflejada en la multiplicidad de tipos de señales de cliente que se admitirán en la OTN, se adapta al uso de envoltorios digitales. El uso de verdaderas funciones de red óptica ofrece flexibilidad y robustez adicionales a través del enrutamiento OCh, monitoreo de fallas y rendimiento, protección y restauración, todo realizado de forma selectiva por OCh. Todos estos elementos combinados dan como resultado una solución de red potente y flexible, preparada para el futuro y abierta a cualquier visión particular de los proveedores de servicios de datos.

Esta tecnología es rentable y más flexible para la mejora de la capacidad del canal, la adición / eliminación de canales, el redireccionamiento y la distribución del tráfico, y admite todo tipo de topología de red y sistemas de protección y sincronización. Los siguientes son los componentes principales:

• TP (transpondedor)
• VOA (atenuador óptico variable)
• MUX (multiplexor)
• DEMUX (demultiplexor)
• BA (amplificador de refuerzo)
• Línea (medios OFC)
• LA (amplificador de línea)
• PA (preamplificador)
• OSC (canal de supervisión óptico)

Transpondedor

Esta unidad es una interfaz entre la señal óptica de pulso ancho STM-n y los equipos MUX / DEMUX. Esta señal óptica puede estar coubicada o provenir de diferentes medios físicos, diferentes protocolos y tipos de tráfico. Convierte la señal de pulso ancho en una longitud de onda estrecha (frecuencia puntual o coloreada) del orden de nanómetros (nm) con un espaciado de 1,6 nm; enviando a MUX.

En la dirección inversa, la salida de color del DEMUX se convierte en una señal óptica de pulso ancho. El nivel de potencia de salida es de +1 a –3 dBm en ambas direcciones. La conversión es óptica a eléctrica y eléctrica a óptica (O a E y E a O) en el método 2R o 3R.

En 2R, se realizan la regeneración y remodelación, mientras que en 3R, se realizan regeneración, remodelación y reprogramación. TP puede depender del color de la longitud de onda y de la velocidad de bits o puede ser sintonizable para ambos (costoso y no utilizado). Sin embargo, en 2R, cualquier tasa de bits, PDH, STM-4 o STM-16 puede ser la tasa de canal. La unidad tiene una limitación con la sensibilidad del receptor y el punto de sobrecarga.

Aunque la etapa eléctrica intermedia es inaccesible, los bytes generales de STN-n se utilizan con fines de supervisión. Esta unidad también admite la operación de seguridad óptica (ALS) sobre la Recomendación UIT-T G.957.

Atenuador óptico variable (VOA)

Esta es una red pasiva como el pre-énfasis requerido para ajustar la distribución uniforme del nivel de señal sobre la banda EDFA de modo que la potencia de salida óptica de canal individual de la unidad Mux permanezca igual independientemente del número de canales que se carguen en el sistema.

El atenuador óptico es similar a un simple potenciómetro o circuito que se usa para reducir un nivel de señal. El atenuador se utiliza siempre que se deba ejecutar una prueba de rendimiento, por ejemplo, para ver cómo se ve afectado el error de bit al variar el nivel de señal en el enlace. Una forma es tener una configuración mecánica precisa en la que la señal óptica pase a través de una placa de vidrio con diferente cantidad de oscuridad y luego regrese a la fibra óptica, como se muestra en la figura.

La placa de vidrio tiene una densidad de gris que varía del 0% en un extremo al 100% en el otro extremo. A medida que la placa se mueve a través del espacio, se permite que pase más o menos energía luminosa. Este tipo de atenuador es muy preciso y puede manejar cualquier longitud de onda de luz (ya que la placa atenúa cualquier energía de luz en la misma cantidad, independientemente de la longitud de onda), pero es mecánicamente caro.

Multiplexor (MUX) y demultiplexor (De-MUX)

Como los sistemas DWDM envían señales desde varias estaciones a través de una sola fibra, deben incluir algunos medios para combinar las señales entrantes. Esto se hace con la ayuda de un multiplexor, que toma longitudes de onda ópticas de múltiples fibras y las converge en un haz. En el extremo receptor, el sistema debe poder separar las longitudes de onda transmitidas del haz de luz para que puedan detectarse discretamente.

Los demultiplexores realizan esta función separando el haz recibido en sus componentes de longitud de onda y acoplándolos en fibras individuales.

Los multiplexores y demultiplexores pueden tener un diseño pasivo o activo. El diseño pasivo utiliza prismas, rejillas de difracción o filtros, mientras que el diseño activo combina dispositivos pasivos con filtros sintonizables.

Los principales desafíos en estos dispositivos son minimizar la diafonía y maximizar la separación de canales (la diferencia de longitud de onda entre dos canales adyacentes). La diafonía es una medida de qué tan bien están separados los canales, mientras que la separación de canales se refiere a la capacidad de distinguir cada longitud de onda.

Tipos de multiplexor / demultiplexor

Tipo de prisma

Se puede realizar una forma simple de multiplexación o demultiplexación de longitudes de onda utilizando un prisma.

Un haz paralelo de luz policromática incide en la superficie de un prisma y cada longitud de onda de los componentes se refracta de manera diferente. Este es elrainbow effect. En la luz de salida, cada longitud de onda está separada de la siguiente por un ángulo. Luego, una lente enfoca cada longitud de onda en el punto donde necesita ingresar a una fibra. Los componentes se pueden utilizar a la inversa para multiplexar diferentes longitudes de onda en una fibra.

Tipo de rejilla de difracción

Otra tecnología se basa en el principio de difracción y de interferencia óptica. Cuando una fuente de luz policromática incide en la rejilla de difracción, cada longitud de onda se difracta en un ángulo diferente y, por lo tanto, en un punto diferente en el espacio. Con una lente, estas longitudes de onda se pueden enfocar en fibras individuales, como se muestra en la siguiente figura.Bragg grating, es un componente pasivo simple, que se puede usar como espejos selectivos de longitud de onda y se usa ampliamente para agregar y eliminar canales en sistemas DWDM.

Las rejillas de Braggs se fabrican mediante el uso de un rayo láser ultravioleta para iluminar el núcleo de una fibra monomodo a través de una máscara de fase. La fibra está dopada con fósforo, germanio o boro para hacerla fotosensible. Una vez que la luz ha pasado a través de la máscara, se produce un patrón de franjas, que se "imprime" en la fibra. Esto crea una modulación periódica permanente del índice de refracción del núcleo de fibra de vidrio. La rejilla terminada refleja la luz en la longitud de onda de Bragg (igual al doble del espacio óptico entre las regiones de índice alto y bajo) y transmite todas las demás longitudes de onda.

Rejilla de Bragg sintonizable

Una rejilla de fibra de Bragg se puede pegar a un elemento piezoeléctrico. Al aplicar un voltaje al elemento, el elemento se estira para que la rejilla se estire y la longitud de onda de Bragg cambie a una longitud de onda más larga. Los dispositivos actuales pueden proporcionar un rango de sintonización de 2 nm para una entrada de 150v.

Rejilla de guía de ondas arreglada

Las rejillas de guía de ondas en matriz (AWG) también se basan en principios de difracción. Un dispositivo AWG, a veces llamado enrutador de guía de onda óptica o enrutador de rejilla de guía de onda, consiste en una matriz de guía de onda de canal curvo con una diferencia fija en la longitud de la ruta entre canales adyacentes. Las guías de ondas están conectadas a cavidades en la entrada y salida.

Multiplexor óptico

Cuando la luz entra en la cavidad de entrada, se difracta y entra en la matriz de guías de ondas. Por tanto, la diferencia de longitud óptica de cada guía de ondas introduce retardos de fase en la cavidad de salida, donde se acopla un conjunto de fibras. El proceso da como resultado diferentes longitudes de onda que tienen la máxima interferencia en diferentes ubicaciones, lo que corresponde a los puertos de salida.

Filtros de interferencia multicapa

Una tecnología diferente utiliza filtros de interferencia en dispositivos llamados filtros de película fina o filtros de interferencia multicapa. Colocando los filtros, que consisten en películas delgadas en el camino óptico, la longitud de onda se puede demultiplexar. La propiedad de cada filtro es que transmite una longitud de onda, mientras refleja otras. Al conectar en cascada estos dispositivos, se pueden demultiplexar muchas longitudes de onda.

Los filtros ofrecen buena estabilidad y aislamiento entre canales a un costo moderado, pero con una alta pérdida de inserción (los AWG muestran una respuesta espectral plana y una baja pérdida de inserción). El principal inconveniente del filtro es que son sensibles a la temperatura y es posible que no se utilicen prácticamente en todos los entornos. Sin embargo, su gran ventaja es que pueden diseñarse para realizar operaciones de multiplexación y demultiplexación simultáneamente.

Tipo de acoplamiento del OM

El acoplamiento OM es una superficie interactiva con dos o más fibras soldadas entre sí. Generalmente, se utiliza para el OM y sus principios de funcionamiento se ilustran en la siguiente figura.

El acoplamiento OM solo puede realizar la función de multiplexación con un bajo coste de fabricación. Su defecto es una gran pérdida de inserción. Actualmente, el OM utilizado en el equipo DWDM de ZTWE emplea el acoplamiento OM. El OD adopta los componentes AWG.

Amplificadores de refuerzo (amplificadores ópticos)

Debido a la atenuación, existen límites en cuanto al tiempo que un segmento de fibra puede propagar una señal con integridad, antes de que tenga que regenerarse. Antes de la llegada de los amplificadores ópticos (OA), tenía que haber un repetidor para cada señal transmitida. El OA había hecho posible amplificar todas las longitudes de onda a la vez y sin conversión Óptico-Eléctrico-Óptico (OEO). Además de usarse en enlaces ópticos (como repetidor), los amplificadores ópticos también se pueden usar para aumentar la potencia de la señal después de la multiplexación o antes de la demultiplexación.

Tipos de amplificadores ópticos

En cada ruta óptica, los amplificadores ópticos se utilizaron como repetidores en modo simplex. Se usó una fibra en la ruta de envío y la segunda fibra se usó en la ruta de retorno. Los últimos amplificadores ópticos funcionarán en dos direcciones al mismo tiempo. Incluso podemos usar la misma longitud de onda en dos direcciones, siempre que se empleen dos velocidades de bits diferentes. Por tanto, se puede utilizar una sola fibra para la operación dúplex.

Los amplificadores ópticos también deben tener suficiente ancho de banda para pasar un rango de señales que operan en diferentes longitudes de onda. Por ejemplo, un SLA con un ancho de banda espectral de, digamos, 40 nm, puede manejar unas diez señales ópticas.

En el sistema de 565 mb / s, para un enlace óptico de 500 kms, se requieren cinco amplificadores ópticos SLA, espaciados en un intervalo de 83 kms. Cada amplificador proporciona una ganancia de aproximadamente 12 dB, pero también introduce ruido en el sistema (BER de 10-9).

Los amplificadores SLA tienen las siguientes desventajas:

• Sensible a los cambios de temperatura
• Sensible a los cambios de voltaje de suministro
• Sensible a vibraciones mecánicas
• Unreliable
• Propenso a la diafonía

Amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA)

En los sistemas DWDM, se utilizan EDFA. El erbio es un elemento de tierras raras que, cuando se excita, emite luz alrededor de 1,54 micrómetros, que es la longitud de onda de baja pérdida de las fibras ópticas utilizadas en DWDM. Una señal débil entra en la fibra dopada con erbio, en la que se inyecta luz a 980 nm o 1480 nm usando un láser de bomba.

Esta luz inyectada estimula los átomos de erbio para que liberen su energía almacenada como luz adicional de 1550 nm. La señal se hace más fuerte. Las emisiones espontáneas en los EDFA también añaden el factor de ruido de un EDFA. Los EDFA tienen un ancho de banda típico de 100 nm y se necesitan en un intervalo de 80-120 km a lo largo de la ruta óptica.

EDFA también sufre de un efecto llamado four-wave-mixingdebido a la interacción no lineal entre los canales adyacentes. Por lo tanto, aumentar la potencia del amplificador para aumentar la distancia entre los repetidores conduce a más diafonía.

Amplificador Raman

El uso de amplificadores SLA y EDFA en WDM es limitado como ya se describió y, los sistemas WDM modernos están recurriendo a la amplificación Raman, que tiene un ancho de banda de aproximadamente 300 nm. Aquí, el láser de la bomba se encuentra en el extremo receptor de la fibra. La diafonía y el ruido se reducen considerablemente. Sin embargo, la amplificación Raman requiere el uso de un láser de alto bombeo.

La dispersión en la fibra realmente ayuda a minimizar el efecto de “mezcla de cuatro ondas”. Desafortunadamente, los primeros enlaces ópticos a menudo usaban fibra de dispersión cero en un esfuerzo por minimizar la dispersión en largas distancias, cuando estas mismas fibras se actualizan para transportar señales WDM; no son el medio ideal para señales ópticas de banda ancha.

Se están desarrollando fibras monomodo especiales para uso WDM. Estos tienen segmentos alternos de fibras de dispersión positiva y negativa, por lo tanto, la dispersión total suma cero. Sin embargo, los segmentos individuales proporcionan dispersión para evitar la mezcla de cuatro ondas.

Amplificadores de línea

Es un amplificador EDFA de dos etapas que consta de preamplificador (PA) y amplificador de refuerzo (BA). Sin las dos etapas, no es posible amplificar la señal hasta 33 dB según el principio EDFA (para evitar el ruido generado por la emisión espontánea). Line Amplifier (LA) compensa la pérdida de línea de 22 dB o 33 dB para sistemas de larga y muy larga distancia, respectivamente. Es completamente un dispositivo de escenario óptico.

Medios de línea (OFC)

Este es el medio de fibra óptica por el que viajan las señales DWDM. La atenuación y la dispersión son los principales factores limitantes que determinan la distancia de transmisión, la capacidad de velocidad de bits, etc. Normalmente, 22 dB y 33 dB se toman como pérdida de línea para la longitud de salto de los sistemas de largo y muy largo alcance, respectivamente.

La longitud de onda de la línea de muy largo alcance puede ser de 120 kms sin repetidor (LA). Sin embargo, con una serie de repetidores en cascada, la longitud puede ser de hasta 600 kms, que puede incrementarse aún más hasta 1200 kms utilizando el módulo de compensación de dispersión. Después de tal distancia, necesita regeneración en la etapa eléctrica en lugar del repetidor solo en la etapa óptica.

Preamplificador (PA)

Este amplificador solo se usa en el terminal para conectar el DEMUX y la línea para recibir la señal proveniente de la estación distante. Por lo tanto, la señal de línea atenuada se amplifica a un nivel de +3 dBm a 10 dBm antes de ingresar a la unidad DEMUX.

Canal de supervisión óptico

La función de transmisión de datos adicionales (2 mbps: EOW, datos específicos del usuario, etc. a través de la interfaz) en una longitud de onda separada (1480 nm según la Recomendación UIT-T G-692) de nivel óptico inferior sin ninguna disposición de seguridad óptica, acompañada de y Independientemente de la señal de tráfico óptica STM-n principal, la realiza el OSC. EOW (0,3 a 3,4 KHz) para canal selectivo y ómnibus es de 64 kbps en código PCM de 8 bits.

El Canal de Supervisión Óptica (OSC) ayuda a controlar y monitorear los dispositivos de línea óptica, así como la administración de la ubicación de fallas, la configuración, el rendimiento y la seguridad lograda con LCT.

En este capítulo, analizaremos los diversos componentes de los dispositivos ópticos.

Aislador

El aislador es un dispositivo no recíproco que permite que la luz pase a lo largo de una fibra en una dirección y ofrece una atenuación muy alta en la dirección opuesta. Se necesitan aisladores en el sistema óptico para evitar reflejos no deseados, que regresen por una fibra e interrumpan el funcionamiento de un láser (produciendo ruido). En la fabricación de aisladores “Faradays Effect”, Que depende de la polarización.

Los aisladores se construyen utilizando polarizadores ópticos, analizadores y rotador de Faradays. La señal óptica pasa a través del polarizador, orientado en paralelo al estado de polarización entrante. El rotador de Faraday rotará la polarización de la señal óptica en 45 grados.

La señal luego pasa a través del analizador, que está orientado a 45 grados con respecto al polarizador de entrada. El aislador pasa una señal óptica de izquierda a derecha y cambia su polarización en 45 grados y produce una pérdida de aproximadamente 2 dB.

Circulador

Los circuladores son dispositivos microópticos y se pueden usar con cualquier número de puertos, sin embargo, comúnmente se usan circuladores de 3 puertos / 4 puertos. Tiene una pérdida relativamente baja de 0,5 dB a 1,5 dB de puerto a puerto.

La función básica de un circulador se muestra en la figura anterior. La luz que ingresa a cualquier puerto en particular (digamos el puerto 1) viaja alrededor del circulador y sale en el siguiente puerto (digamos el puerto 2). La luz que entra por el puerto 2 sale por el puerto 3, y así sucesivamente. El dispositivo funciona de forma simétrica alrededor de un círculo. Los circuladores son dispositivos microópticos y se pueden fabricar con cualquier número de puertos. Sin embargo, los circuladores de 3 y 4 puertos son muy comunes. Los circuladores tienen pérdidas muy bajas. La pérdida típica de puerto a puerto es de alrededor de 0,5 a 1,5 db.

Divisores y acopladores

Los acopladores y divisores se utilizan para combinar señales ópticas y / o dividir las señales ópticas. La gran mayoría de los acopladores ópticos monomodo emplean el principio de acoplamiento resonante. Dos núcleos de fibra SM se colocan en paralelo y cerca uno del otro. La energía óptica se transfiere de un núcleo a otro y viceversa por inducción de ondas electromagnéticas. El acoplamiento de potencia depende de la longitud de la sección de acoplamiento.

Tres características importantes son:

• Return Loss - La cantidad de energía reflejada y perdida.

• Insertion Loss - La cantidad de señal perdida en tránsito total a través de un dispositivo.

• Excess Loss - Pérdida adicional de un dispositivo por encima de la pérdida teórica.

Tipos de acopladores

• Acopladores Y
• Acopladores estrella
  • Fibra fundida
  • Plato de mezcla
  • Planar (espacio libre)
  • Acoplador de 3 dB
• Divisor de haz

Filtros

Los filtros se utilizan para seleccionar la señal en la ruta trans y el receptor de muchas señales. Las rejillas son filtros. Los conmutadores, moduladores, AWG, multiplexores, etc. se consideran tipos de filtros.

Los siguientes son los tipos de filtros:

• Fabry-Perot
• Filtro sintonizable
• Filtro de rejilla Bragg en fibra

Los filtros se utilizan delante de un LED para reducir el ancho de la línea antes de la transmisión. Los filtros serán muy útiles en redes WDM para:

• Se puede usar un filtro colocado frente a un receptor incoherente para seleccionar una señal particular de muchas señales que llegan.

• Se proponen redes WDM que utilizan filtros para controlar qué camino a través de una red tomará una señal.

Las rejillas de fibra de Bragg son el filtro óptico más importante en el mundo de las comunicaciones.

Moduladores

Los moduladores consisten en un material que cambia sus propiedades ópticas bajo la influencia de un campo eléctrico o magnético. En general, se utilizan tres enfoques:

• Efectos electro-ópticos y magneto-ópticos
• Efectos de electro-absorción
• Moduladores acústicos

Debido a vibraciones mecánicas Ref. Índice de cambios materiales. Los moduladores acústicos utilizan sonido de muy alta frecuencia. Al controlar la intensidad del sonido, podemos controlar la cantidad de luz desviada y, por lo tanto, construir un modulador.

A continuación se presentan algunas de sus ventajas:

• Pueden manejar una potencia bastante alta.

• La cantidad de luz refractada es linealmente proporcional a la intensidad de las ondas sonoras.

• Pueden modular diferentes longitudes de onda al mismo tiempo.

ADM óptico

Se utiliza un filtro óptico para aislar o eliminar la longitud de onda deseada de las múltiples longitudes de onda que llegan a una fibra. Una vez que se cae una longitud de onda, se puede agregar o insertar otro canal que emplee la misma longitud de onda en la fibra, cuando sale de OADM.

Un ADM simple tiene solo 4 canales de entrada y salida, cada uno con cuatro longitudes de onda. En OADM, las longitudes de onda pueden amplificarse, ecualizarse o procesarse más. OADM organiza las longitudes de onda de la fibra de entrada a la fibra de salida mediante una conexión cruzada óptica.

Conexión cruzada óptica

Una conexión x óptica puede tomar cuatro fibras de entrada, cada una con cuatro longitudes de onda, y reorganizar las 16 longitudes de onda en las cuatro fibras de salida. Un simple transpondedor dentro de OXC barajará una de las longitudes de onda a un canal disponible.

El tráfico de telecomunicaciones sigue creciendo a un ritmo muy rápido. Esto se acelera gracias al creciente volumen de tráfico de datos y móviles, especialmente en la India, gracias a la reciente liberalización del mercado de las telecomunicaciones. Se puede adoptar una solución para cumplir con los requisitos de tráfico cada vez mayores basados ​​en una combinación de tecnologías de transporte WDM, SDH e IP.

La multiplexación por división de longitud de onda se utiliza para multiplexar varios canales de longitud de onda en una sola hebra de fibra, superando así la congestión de la fibra. La tecnología SDH ofrece la granularidad de capacidad que los clientes exigen hoy y ofrece la posibilidad de proteger estos servicios contra cortes de red. Una red de transporte IP sobre WDM puede ofrecer servicios de tránsito de Internet de alta capacidad a los proveedores de servicios de Internet (ISP).

Jerarquía Digital Síncrona

Las redes de Jerarquía digital síncrona (SDH) reemplazaron a las PDH y tienen varias ventajas clave.

• Las recomendaciones de la UIT G.707, G.708 y G.709 proporcionan la base para la creación de redes globales.

• Las redes se benefician de la resistencia del tráfico para minimizar la pérdida de tráfico en caso de rotura de fibra o falla del equipo.

• La tecnología de monitoreo incorporada permite la configuración remota y la resolución de problemas de la red.

• La tecnología flexible permite el acceso tributario a cualquier nivel.

• La tecnología preparada para el futuro permite velocidades de bits más rápidas a medida que avanza la tecnología.

Las redes PDH europeas no pueden interactuar con las redes estadounidenses, las redes SDH pueden transportar ambos tipos. La figura anterior muestra cómo se comparan las diferentes redes PDH y qué señales se pueden transportar a través de la red SDH.

SDH: topologías de red

Un sistema de línea es el sistema de la topología de red PDH. El tráfico se agrega y se elimina solo en los puntos finales de la red. Los nodos terminales se utilizan al final de la red para agregar y eliminar el tráfico.

Sistema de línea

Dentro de cualquier red SDH, es posible utilizar un nodo conocido como regenerator. Este nodo recibe la señal SDH de orden superior y la retransmite. No es posible un acceso de tráfico de orden inferior desde un regenerador y solo se utilizan para cubrir largas distancias entre sitios, donde la distancia significa que la potencia recibida sería demasiado baja para transportar tráfico.

Sistema de anillo

Un sistema de anillo consta de varios add / drop muxes (ADM) conectados en una configuración de anillo. Se puede acceder al tráfico en cualquier ADM alrededor del anillo y también es posible que el tráfico se elimine en varios nodos para fines de transmisión. La red en anillo tiene la ventaja de ofrecer resistencia al tráfico, si hay una rotura de fibra, el tráfico no se pierde. La resiliencia de la red se analiza en detalle en un capítulo posterior.

Sincronización de red SDH

Si bien las redes PDH no se sincronizaron de forma centralizada, las redes SDH sí (de ahí el nombre de jerarquía digital sincrónica). En algún lugar de la red del operador habrá una fuente de referencia primaria. Esta fuente se distribuye por la red, ya sea a través de la red SDH o a través de una red de sincronización separada.

Cada nodo puede cambiar a fuentes de respaldo, si la fuente principal no está disponible. Se definen varios niveles de calidad y el nodo cambiará la siguiente fuente de mejor calidad que pueda encontrar. En los casos en los que el nodo utiliza la temporización de la línea entrante, el byte S1 en la tara de MS se utiliza para indicar la calidad de la fuente.

La fuente de menor calidad disponible para un nodo es generalmente su oscilador interno. En el caso de que un nodo cambie a su propia fuente de reloj interno, esto debe solucionarse lo antes posible, ya que el nodo puede comenzar a generar errores con el tiempo.

Es importante que la estrategia de sincronización de una red se planifique cuidadosamente. Si todos los nodos de una red intentan sincronizarse con su vecino del mismo lado, obtendrá un efecto llamadotiming loop, como se muestra en la figura anterior. Esta red comenzará a generar errores rápidamente a medida que cada nodo intente sincronizarse entre sí.

Jerarquía SDH

La siguiente figura muestra cómo se construye la carga útil y no da tanto miedo como parece al principio.

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 dopados con erbio (EDFA) y los fotodetectores, pronto se advirtió que cada ventana de transmisión podía ser utilizada por varias señales ópticas, cada una ocupando una 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 se denominó entonces WDM denso (DWDM).

WDM a largo plazo

En 1995, los operadores de larga distancia en los Estados Unidos comenzaron a implementar sistemas de transmisión WDM punto a punto para mejorar la capacidad de sus redes mientras aprovechaban sus infraestructuras de fibra existentes. Desde entonces, WDM también ha arrasado en el mercado de larga distancia. La tecnología WDM permite hacer frente a los requisitos de capacidad cada vez mayores al tiempo que pospone el agotamiento de la fibra y aumenta la flexibilidad para la actualización de la capacidad.

Sin embargo, el factor más predominante es la ventaja de costo de la solución WDM en comparación con las soluciones de la competencia, como la multiplexación por división de espacio (SDM) o la multiplexación por división de tiempo (TDM) mejorada para mejorar la capacidad de la red. La solución WDM "abierta", ilustrada en la siguiente figura, utiliza transpondedores en multiplexores de terminal (TM) WDM y amplificadores ópticos en línea que son compartidos por múltiples canales de longitud de onda.

El transpondedor es en esencia un convertidor opto-electro-óptico (O / E / O) 3R, que convierte una señal óptica compatible con el estándar G.957 en un canal de longitud de onda apropiado (y viceversa) mientras repotencia, remodela y reajusta la señal eléctricamente . La solución SDM utiliza múltiples pares de fibras en paralelo, cada uno equipado con regeneradores SDH en lugar de múltiples longitudes de onda que comparten el mismo amplificador óptico en línea. La actualización a velocidades TDM más altas (p. Ej., De STM-16 de 2,5 Gb / s a ​​STM-64 de 10 Gb / s) es solo una solución de corta duración, ya que las deficiencias de transmisión, como la dispersión, no escalan bien al aumentar las velocidades de TDM, especialmente en los modelos estándar. Fibra monomodo.

Un estudio de caso ha demostrado que los sistemas WDM punto a punto de largo alcance son claramente una solución más rentable que SDM, incluso para tan solo tres canales de STM-16. La figura anterior ilustra dos comparaciones de costos de enlace para el núcleo inicial de una red de transporte que consta de 5000 km de fibra con una distancia promedio de 300 km entre dos ciudades de acceso. Tenga en cuenta que el punto de referencia del costo del 100 por ciento en la figura anterior corresponde al costo de implementar un canal STM-16, incluido el costo de la fibra. Se pueden derivar dos conclusiones de la figura anterior.

Como se muestra en la siguiente figura, si solo se consideran los costos del equipo de transmisión y regeneración (es decir, los regeneradores SDH en el caso de SDM y los WDM TM con transpondedores con amplificadores ópticos en línea en el caso de WDM), el costo de enlace inicial de usar la tecnología WDM es mayor más del doble que el de SDH. Sin embargo, la solución WDM es más rentable para el despliegue de tres canales y más en la red, debido al uso compartido del amplificador óptico en línea.

Como se muestra en la siguiente figura, si además de la consideración anterior, también se considera el costo de la fibra, la ventaja de costo del caso WDM se vuelve aún más evidente y se amplifica a medida que aumenta el número de canales. La solución WDM es más rentable para la implementación de tres canales y más en la red.

WDM en el corto recorrido

Los regeneradores no son necesarios y las degradaciones ópticas tienen menos impacto debido a las distancias limitadas en las redes de corto alcance, por lo que los beneficios de WDM son menos claros que los de SDM o las soluciones TDM mejoradas. Sin embargo, el agotamiento de la fibra y los componentes ópticos de bajo costo ahora están impulsando la WDM en el área metropolitana.

La aplicación de corto recorrido está relacionada con la interconexión de múltiples puntos de presencia (POP) dentro de la misma ciudad. Consideremos un ejemplo. La siguiente figura muestra que la red de transporte tiene al menos dos POP por ciudad, donde los clientes pueden interconectarse. Con técnicas de interconexión de dos nodos, como desconectar y continuar, las redes de los clientes se pueden interconectar con la red de transporte a través de dos POP diferentes.

Esto da como resultado una arquitectura muy segura que incluso puede sobrevivir a fallas de POP sin ningún impacto en el tráfico. Así, el flujo de tráfico entre dos POP en una ciudad consiste no solo en el tráfico que pasa por la ciudad, sino también en el tráfico que termina en la ciudad y se protege mediante Drop and Continue. Estos mayores requisitos de capacidad dentro de la ciudad han llevado al despliegue de WDM en la sección de corta distancia de una red de transporte.

La razón principal por la que se prefiere WDM sobre SDM es porque las fibras en una ciudad deben alquilarse a un tercero o se debe construir una red de fibra óptica. Arrendar o construir fibra urbana no solo es un proceso costoso, también es un enfoque menos flexible para mejorar la capacidad. En un entorno dinámico, donde las distribuciones de tráfico y los volúmenes evolucionan rápidamente, la cantidad de fibra a arrendar o construir es difícil de predecir por adelantado. Por tanto, el uso de la tecnología WDM tiene claras ventajas de flexibilidad porque los canales de longitud de onda se pueden activar en muy poco tiempo.

Aunque hay sistemas WDM de corta distancia específicos disponibles en el mundo, es ventajoso utilizar el mismo tipo de sistema WDM para su red de larga distancia. Si bien los sistemas WDM de corto alcance son menos costosos que sus contrapartes de largo alcance y debido a que se pueden usar componentes ópticos de bajo costo, conducen a una red heterogénea, que no se prefiere por varias razones. Primero, el uso de dos sistemas diferentes conduce a un aumento de los costos operativos y de gestión. Por ejemplo, una red heterogénea requiere más piezas de equipo de repuesto que una red homogénea. En segundo lugar, el interfuncionamiento entre dos sistemas diferentes puede plantear problemas. Por ejemplo, puede producirse un cuello de botella porque los sistemas WDM de corta distancia suelen admitir menos longitudes de onda que los sistemas WDM de larga distancia.

Arquitecturas de red de transporte óptico

La red de transporte óptico (OTN), como se muestra en la siguiente figura, representa el siguiente paso natural en la evolución de la red de transporte. Desde una perspectiva arquitectónica de alto nivel, no se esperaría que las arquitecturas OTN difieran significativamente de las de SDH. Sin embargo, el hecho de que SDH implique ingeniería de redes digitales y OTN implique ingeniería de redes analógicas conduce a algunas distinciones significativas, aunque sutiles. Explorar estas distinciones nos lleva a comprender los aspectos de OTN que probablemente difieran de sus contrapartes SDH.

Las arquitecturas WDM OTN en evolución (incluidas las topologías de red y los esquemas de supervivencia) se parecerán mucho, si no un espejo, a las de las redes SDH TDM. Sin embargo, esto debería ser sorprendente, ya que tanto SDH como OTN son redes multiplexadas orientadas a la conexión. Las principales diferencias se derivan de la forma de la tecnología de multiplexación: TDM digital para SDH frente a WDM analógica para OTN.

La distinción entre lo digital y lo analógico tiene un efecto profundo en las compensaciones fundamentales de costo / rendimiento en muchos aspectos del diseño de sistemas y redes OTN. En particular, las complejidades asociadas con la ingeniería de redes analógicas y las implicaciones de mantenimiento representan la mayoría de los desafíos asociados con OTN.

Para satisfacer la necesidad a corto plazo de aumento de capacidad, los sistemas de línea punto a punto WDM continuarán implementándose a gran escala. A medida que aumenta el número de longitudes de onda y la distancia entre terminales, existe una necesidad creciente de agregar y / o eliminar longitudes de onda en sitios intermedios. Por lo tanto, los ADM ópticos reconfigurables flexibles (OADM) se convertirán en elementos integrales de las redes WDM.

A medida que se implementen más longitudes de onda en las redes portadoras, habrá una mayor necesidad de gestionar la capacidad y las señales de transferencia entre redes a nivel de canal óptico. De la misma manera, surgieron DXC para administrar la capacidad en la capa eléctrica, surgirán conexiones cruzadas ópticas (OXC) para administrar la capacidad en la capa óptica.

Inicialmente, la necesidad de gestión del ancho de banda de la capa óptica será la más aguda en el entorno de la red de transporte central. Aquí, la conectividad lógica basada en malla será compatible a través de topologías físicas, incluidos anillos de protección compartidos basados ​​en OADM y arquitecturas de restauración de malla basadas en OXC. La elección dependerá del grado deseado de ancho de banda de "sobreconstrucción" y de los requisitos de escala de tiempo de supervivencia.

A medida que surjan requisitos de gestión de ancho de banda similares para los entornos de acceso y entre oficinas metropolitanas, las soluciones OADM basadas en anillos también se optimizarán para estas aplicaciones: anillos de protección ópticos compartidos para demandas de malla y anillos de protección ópticos dedicados para demandas concentradas. Por lo tanto, así como el OA fue el habilitador tecnológico para el surgimiento de los sistemas de línea punto a punto WDM, los OADM y OXC serán los habilitadores para el surgimiento de OTN.

A medida que los elementos de la red óptica asumen la funcionalidad de la capa de transporte proporcionada tradicionalmente por el equipo SDH, la capa de transporte óptico llegará a servir como la capa de transporte unificadora capaz de soportar formatos de señal de red central de paquetes tanto heredados como convergentes. Por supuesto, el movimiento del proveedor de servicios a OTN se predecirá en la transferencia de la funcionalidad de la capa de transporte "similar a SDH" a la capa óptica, al mismo tiempo que se desarrolla una filosofía de mantenimiento y características de mantenimiento de red asociadas para la capa de transporte óptico emergente.

La capacidad de supervivencia es fundamental para el papel de las redes ópticas como infraestructura de transporte unificadora. Como ocurre con muchos otros aspectos arquitectónicos, la capacidad de supervivencia de la red óptica tendrá un gran parecido con la capacidad de supervivencia SDH, ya que las topologías de red y los tipos de elementos de red son muy similares. Dentro de la capa óptica, los mecanismos de supervivencia seguirán ofreciendo la recuperación más rápida posible de cortes de fibra y otras fallas de los medios físicos, además de proporcionar una gestión eficiente y flexible de la capacidad de protección.

OTN es conceptualmente análogo a SDH, ya que se definen subcapas que reflejan las relaciones cliente-servidor. Dado que OTN y SDH son redes multiplexadas orientadas a la conexión, no debería sorprendernos que los esquemas de restauración y protección de ambos sean notablemente similares. Vale la pena repetir la diferencia sutil pero importante: mientras que las redes TDM se basan en la manipulación de intervalos de tiempo digitales, las redes OTN / WDM se basan en la manipulación de intervalos de frecuencias analógicas o canales ópticos (longitud de onda). Por lo tanto, si bien podemos esperar que sean posibles arquitecturas de protección y restauración similares con ambas tecnologías, los tipos de fallas de red que se deben tener en cuenta en cualquier esquema de supervivencia en particular pueden ser bastante diferentes.

Capacidad de supervivencia de la capa óptica

Las redes de telecomunicaciones son necesarias para proporcionar un servicio ininterrumpido confiable a sus clientes. Los requisitos generales de disponibilidad son del orden del 99,999 por ciento o más, lo que implicaría que la red no puede estar inactiva durante más de 6 minutos al año en promedio. Como resultado, la capacidad de supervivencia de la red es un factor importante que afecta cómo se diseñan y operan estas redes. Las redes deben diseñarse para manejar cortes de enlace o fibra, así como fallas en los equipos.

Se puede considerar que la red consta de muchas capas que interactúan entre sí, como se muestra en la figura anterior. Los diferentes operadores eligen diferentes formas de realizar sus redes utilizando diferentes combinaciones de estrategias de capas. Los operadores establecidos hacen uso de su gran base instalada de equipos SDH y las amplias capacidades de preparación y monitoreo de las conexiones cruzadas digitales.

Por el contrario, un operador que ofrece servicios basados ​​en el Protocolo de Internet (IP) busca tener una infraestructura de red simplificada utilizando IP como capa de transporte básica sin utilizar SDH. Los operadores que se distinguen por la calidad (y diversidad) de los servicios (QOS) pueden utilizar ATM como tecnología de transporte. Debajo de estas capas está la capa WDM óptica emergente, o la capa óptica.

La capa óptica proporciona trayectos de luz a capas superiores, que pueden considerarse como capas cliente que hacen uso del servicio proporcionado por la capa óptica. Los trayectos de luz son conductos de circuitos conmutados que transportan tráfico a velocidades de bits bastante altas (por ejemplo, 2,5 Gb / so 10 Gb / s). Por lo general, estas rutas de luz se configuran para interconectar equipos de la capa de cliente, como SDH ADM, enrutadores IP o conmutadores ATM. Una vez configurados, permanecen bastante estáticos con el tiempo.

La capa óptica consta de terminales de línea óptica (OLT), ADM ópticos (OADM) y conexiones cruzadas ópticas (OXC) como se muestra en la siguiente figura. Los OLT multiplexan varios canales en una sola fibra o par de fibras. Los OADM eliminan y agregan una pequeña cantidad de canales desde / hacia un flujo WDM agregado. Un OXC conmuta y gestiona una gran cantidad de canales en una ubicación de nodo de alto tráfico.

Consideramos la protección de la capa óptica desde la perspectiva de los servicios, en términos de los tipos de servicios que la capa óptica debe proporcionar a la capa superior. Luego comparamos los diferentes esquemas de protección de la capa óptica que se han propuesto en términos de su costo y eficiencia de ancho de banda en función de la combinación de servicios que debe ser compatible. Esto es algo diferente, que tiende a ver la protección de la capa óptica como análoga a la protección de la capa SDH.

¿Por qué protección de capa óptica?

Las capas IP, ATM y SDH que se muestran en la figura anterior incorporan técnicas de protección y restauración. Si bien estas capas fueron diseñadas para funcionar con otras capas, también pueden operar directamente sobre fibra y, por lo tanto, no dependen de otras capas para manejar las funciones de protección y restauración. Como resultado, cada una de estas capas incorpora sus propias funciones de protección y restauración. Por lo tanto, surge la pregunta, ¿por qué necesitamos la capa óptica para proporcionar su propio conjunto de mecanismos de protección y restauración? A continuación se presentan algunas de las razones:

• Es posible que algunas de las capas que operan por encima de la capa óptica no puedan proporcionar todas las funciones de protección necesarias en la red. Por ejemplo, la capa SDH se diseñó para proporcionar una protección completa y, por lo tanto, no dependería de la protección de la capa óptica. Sin embargo, las técnicas de protección en otras capas (IP o ATM) por sí mismas pueden no ser suficientes para proporcionar una disponibilidad de red adecuada en presencia de fallas.

  Actualmente existen muchas propuestas para operar la capa IP directamente sobre la capa óptica sin usar la capa SDH. Si bien IP incorpora tolerancia a fallas a nivel de enrutamiento, este mecanismo es engorroso y no lo suficientemente rápido como para proporcionar una calidad de servicio adecuada. En este caso, es importante que la capa óptica proporcione una protección rápida para cumplir con los requisitos generales de disponibilidad de la capa de transporte.

• La mayoría de los operadores tienen grandes inversiones en equipos heredados que no brindan ningún mecanismo de protección, pero que no pueden ignorarse. Una introducción perfecta de la capa óptica entre este equipo y la fibra sin procesar ofrece una actualización de bajo costo de la infraestructura a través de enlaces de fibra larga con mayor capacidad de supervivencia.

• La protección y restauración de la capa óptica se pueden utilizar para proporcionar un nivel adicional de resiliencia en la red. Por ejemplo, muchas redes de transporte están diseñadas para manejar un solo fallo a la vez, pero no varios fallos. La restauración óptica se puede utilizar para proporcionar resistencia contra múltiples fallas.

• La protección de la capa óptica puede ser más eficiente para manejar ciertos tipos de fallas, como cortes de fibra. Una sola fibra transporta múltiples longitudes de onda de tráfico (p. Ej., Flujos SDH de 16 a 32). Por lo tanto, un corte de fibra da como resultado que las 16-32 de estas corrientes SDH sean restauradas independientemente por la capa SDH. El sistema de gestión de la red está inundado de una gran cantidad de alarmas generadas por cada una de estas entidades independientes. Si la capa óptica restablece el corte de fibra con la suficiente rapidez, se puede evitar esta ineficacia operativa.

• Se pueden obtener importantes ahorros de costes haciendo uso de la protección y restauración de la capa óptica.

Limitaciones: protección de la capa óptica

A continuación se presentan algunas de las limitaciones de la protección de la capa óptica.

• No puede manejar todo tipo de fallas en la red. Por ejemplo, no puede manejar la falla de un láser en un enrutador IP o un ADM SDH conectado a la red óptica. Este tipo de falla debe ser manejada por la capa IP o SDH, respectivamente.

• Es posible que no pueda detectar todos los tipos de fallas en la red. Los caminos de luz proporcionados por la capa óptica pueden ser transparentes, de modo que transportan datos a una variedad de velocidades de bits. En este caso, la capa óptica puede desconocer qué es exactamente lo que se transporta en estos caminos de luz. Como resultado, no puede monitorear el tráfico para detectar degradaciones, como mayores tasas de errores de bits, que normalmente invocarían un interruptor de protección.

• La capa óptica protege el tráfico en unidades de caminos de luz. No puede proporcionar diferentes niveles de protección a diferentes partes del tráfico que se transporta en la ruta ligera (una parte del tráfico puede ser de alta prioridad y la otra de menor prioridad). Esta función debe ser realizada por una capa superior que maneje el tráfico con esta granularidad más fina.

• Puede haber restricciones de presupuesto de enlace que limiten la capacidad de protección de la capa óptica. Por ejemplo, la longitud de la ruta de protección o el número de nodos por los que pasa el tráfico de protección pueden verse limitados.

• Si la red general no se diseña con cuidado, puede haber condiciones de carrera cuando la capa óptica y la capa de cliente intentan proteger el tráfico contra una falla simultáneamente.

• La tecnología y las técnicas de protección aún no se han probado en el campo y, por lo tanto, el despliegue a gran escala de estos nuevos mecanismos de protección llevará algunos años.

Definiciones de entidades protegidas

Antes de entrar en detalles de las técnicas de protección y las compensaciones entre ellas, es beneficioso definir las entidades que están protegidas por la capa óptica y la capa de cliente. Estas entidades se muestran en la siguiente figura.

Puerto del equipo del cliente

Los puertos del equipo cliente pueden fallar. En este caso, la capa óptica no puede proteger la capa de cliente por sí misma.

Conexiones dentro del sitio entre el cliente y el equipo óptico

Los cables dentro de un sitio pueden desconectarse, principalmente debido a errores humanos. Esto se considera un evento relativamente probable. Una vez más, la protección total contra tales incidentes solo puede ser respaldada por una protección combinada de capa de cliente y capa óptica.

Tarjetas de transpondedor

Los transpondedores son tarjetas de interfaz entre el equipo del cliente y la capa óptica. Estas tarjetas convierten la señal del equipo del cliente en una longitud de onda adecuada para su uso dentro de la red óptica, utilizando conversión óptica a eléctrica a óptica. Por lo tanto, la tasa de fallas de esta tarjeta no puede considerarse insignificante. Dado el gran número de estas tarjetas en un sistema (una por longitud de onda), es necesario un soporte de protección especial para ellas.

Instalaciones externas

Esta instalación de fibra entre los sitios se considera el componente menos confiable del sistema. Los cortes de fibra son bastante comunes. Esta categoría también incluye amplificadores ópticos que se despliegan a lo largo de la fibra.

Nodos completos

Un nodo completo puede fallar debido a errores del personal de mantenimiento (p. Ej., Disparo de interruptores de potencia) o fallas en todo el sitio. Las fallas en el sitio son relativamente raras y generalmente ocurren debido a desastres naturales como incendios, inundaciones o terremotos. Las fallas de los nodos tienen un impacto significativo en la red y, por lo tanto, aún deben protegerse contra ellas, a pesar de su probabilidad de ocurrencia relativamente baja.

Protección Vs Restauración

Protectionse define como el mecanismo principal utilizado para hacer frente a una falla. Debe ser muy rápido (por lo general, el tráfico no debe interrumpirse durante más de 60 ms en caso de falla de las redes SDH). Como resultado, las rutas de protección generalmente deben planificarse previamente para que el tráfico pueda cambiarse de las rutas normales a las rutas de protección rápidamente.

Debido a los requisitos de velocidad, esta función suele ser realizada de forma distribuida por los elementos de la red sin depender de una entidad de gestión centralizada para coordinar las acciones de protección. Con la excepción de los esquemas de protección de malla rápida recientes (y aún no probados), las técnicas de protección tienden a ser bastante simples y se implementan en topologías lineales o de anillo. Todos terminan utilizando el 100 por ciento de ancho de banda de acceso en la red.

A diferencia de, restorationno es un mecanismo principal utilizado para hacer frente a fallas. Una vez que se completa la función de protección, la restauración se utiliza para proporcionar rutas eficientes o resistencia adicional contra fallas adicionales antes de que se solucione la primera falla. Como resultado, puede permitirse el lujo de ser bastante lento (a veces de segundos a minutos).

Las rutas de restauración no necesitan ser planificadas previamente y pueden calcularse sobre la marcha mediante un sistema de gestión centralizado, sin requerir una función de control distribuida. Se pueden usar algoritmos más sofisticados para reducir el exceso de ancho de banda requerido y se pueden admitir topologías de malla más complejas.

Subcapas dentro de la capa óptica

La capa óptica consta de varias subcapas. La protección y la restauración se pueden realizar en estas diferentes capas. Podemos tener esquemas que protejan caminos de luz individuales o canales ópticos. Estos esquemas manejan cortes de fibra así como fallas de equipos terminales, como láseres o receptores.

Podemos tener esquemas que funcionen a nivel de señal agregada, que corresponde a la capa de Sección Óptica Multiplex (OMS). Estos esquemas no distinguen entre diferentes trayectos de luz que se multiplexan juntos, y los restauran todos simultáneamente cambiándolos como un grupo.

El término protección de capa de ruta se usa para indicar esquemas que operan sobre canales individuales o rutas de luz y protección de capa de línea para denotar esquemas que operan en la capa de sección de multiplexación óptica. Consulte la Tabla 1 para ver una comparación entre las propiedades de los esquemas de capa de ruta y línea, y la Tabla 2 y la Tabla 3 para los diferentes esquemas de ruta y línea.

Tabla 1: Comparación entre protección de línea y protección de ruta

Criterio	Protección de línea	Protección del camino
Protege contra	Instalaciones entre oficinas Fallos del sitio / nodo	Instalaciones entre oficinas Fallos del sitio / nodo Fallos de equipo
Numero de fibras	Cuatro, si se usa multiplexación de un solo nivel	Dos
Puede manejar fallas / degradación de una sola ruta	No	si
Admite tráfico que no debe protegerse	No	si
Costo del equipo	Bajo	Alto
Eficiencia de ancho de banda	Bueno para tráfico protegido	Bajo para canales desprotegidos

Tabla 2: Comparación entre esquemas de capa de línea

Esquema	Protege contra	Topología	Restricciones / Deficiencias	Beneficios del cliente
1 + 1 línea	Cortes de línea	Punto a punto	Se necesita una ruta diversa para proteger las fibras	El más sencillo de implementar y operar
1 + 1 línea	Cortes de línea	Punto a punto	Se necesita una ruta diversa para proteger las fibras	Soporte para tráfico de baja prioridad Pérdida más baja (en aproximadamente 3 dB)
OULSR	Cortes de línea Fallos de nodo	Anillo metropolitano	Deficiencias de la capa óptica Existe una mayor pérdida de potencia debido al puenteo de señales a nivel de línea	Simple de implementar y operar Puede hacerse usando elementos pasivos (en lugar de interruptores ópticos)
OBLSR	Cortes de línea Fallos de nodo	Anillo metropolitano	Deficiencias de la capa óptica	Reutilización de ancho de banda de protección Soporte para tráfico de baja prioridad
Protección de línea de malla	Cortes de línea Fallos de nodo	Ninguna	Limitado por deficiencias de la capa óptica Basado en una conexión cruzada totalmente óptica Difícil de manejar	Eficiente Bajo costo

Tabla 3: Comparación entre esquemas de capa de ruta

Esquema	Protege contra	Topología	Restricciones / Deficiencias	Beneficios del cliente
Protección de la capa del cliente	Fallos del equipo del cliente Instalaciones dentro de la oficina Fallos del transpondedor Instalaciones entre oficinas Fallos de nodo	Ninguna	Requiere diversos caminos en la red Más caro	Protección más extensa
Protección del equipo 1: N	Fallos del transpondedor	Lineal o anillo		Muy bajo costo Ancho de banda eficiente
Ruta 1 + 1 o OUPSR	Instalaciones entre oficinas Fallos de nodo	Ninguna	Requiere diversos caminos en la red Consumir ancho de banda	Similar a la protección del cliente Simple de desarrollar y operar
OBPSR	Instalaciones entre oficinas Fallos de nodo	Anillo virtual		Reutilización de ancho de banda de protección Admite tráfico de baja prioridad
Protección del camino de malla	Instalaciones entre oficinas Fallos de nodo	Ninguna	Requiere un OXC Muy complejo de implementar y operar	Alta eficiencia

La topología de la red física puede ser cualquier malla, pasando caminos de luz entre los nodos del equipo cliente. La topología virtual desde el punto de vista del equipo del cliente está restringida según la capa del cliente (por ejemplo, anillos para SDH). 2La topología física es cualquier malla, mientras que la topología virtual de los caminos de luz es un anillo.

Considere, por ejemplo, los dos esquemas de protección que se muestran en las siguientes figuras. Ambos esquemas pueden considerarse esquemas de protección 1 + 1, es decir, ambos dividen la señal en el extremo de transmisión y seleccionan la mejor copia en el extremo de recepción. La Fig. (A) representa la protección de capa de línea 1 + 1, en la que tanto la división como la selección se realizan para toda la señal WDM juntas. La figura (b) muestra la protección de la capa de ruta 1 + 1, donde la división y la selección se realizan por separado para cada ruta de luz.

Protección de capa de línea versus capa de ruta

Existen importantes diferencias de costo y complejidad entre los dos enfoques. La protección de línea requiere un divisor adicional y un cambio a un sistema sin protección. Sin embargo, la protección de la ruta requiere un divisor y un conmutador por canal. Más importante aún, la protección de ruta normalmente requiere el doble de transpondedores y el doble de recursos mux / demux de la protección de línea. Por lo tanto, la protección de ruta es casi dos veces más cara que la protección de línea, si se quieren proteger todos los canales. Sin embargo, la historia cambia si no es necesario proteger todos los canales.

Los esquemas básicos de protección

Se puede encontrar una comparación de los esquemas de protección en las Tablas -1, 2 y 3. Los esquemas de protección de la capa óptica se pueden clasificar de la misma manera que los esquemas de protección SDH y se pueden implementar en la capa de cliente, la capa de ruta o la capa de línea. .

Protección al cliente

Una opción simple es dejar que la capa cliente se encargue de su propia protección y que la capa óptica no realice ninguna protección. Este puede ser el caso de las capas de cliente SDH. Si bien esto es simple desde la perspectiva de la capa óptica, se pueden obtener importantes beneficios de costos y ahorros de ancho de banda mediante la protección de la capa óptica. Si bien el método de protección del cliente puede admitir redes de cliente punto a punto, en anillo o en malla, es importante tener en cuenta que, desde el punto de vista de la red óptica, todo esto se traduce en soporte de malla óptica, ya que incluso un cliente punto a punto El enlace puede abarcar una red de malla óptica completa.

En la protección de la capa del cliente, las rutas del cliente de trabajo y protección son completamente diversas y se enrutan a través de la capa óptica para que no haya puntos de falla únicos. Además, las rutas del cliente de trabajo y protección no deben mapearse en diferentes longitudes de onda sobre el mismo enlace WDM. Si falla el enlace WDM, se perderán ambas rutas.

Esquemas de capa de ruta

Protección de ruta 1 + 1

Este esquema requiere dos longitudes de onda en la red, así como dos juegos de transpondedores en cada extremo. Cuando se aplica a un anillo, esta protección también se denomina anillo conmutado de ruta unidireccional óptico (OUPSR) o anillo de protección dedicado OCh (anillo OCh / DP).

Implementation Notes- El puenteo se realiza normalmente a través de un acoplador óptico, mientras que la selección se realiza mediante un interruptor óptico de 1 x 2. El extremo receptor puede decidir cambiar a la ruta de respaldo sin coordinación con la fuente.

Anillo conmutado de ruta bidireccional

Este esquema se basa libremente en el anillo conmutado de línea bidireccional de 4 fibras SDH (BLSR) y se basa en el ancho de banda de protección compartido alrededor del anillo. Cuando falla una ruta de luz de trabajo, los nodos se coordinan e intentan enviar el tráfico a través del ancho de banda de protección designado en la misma dirección alrededor del anillo (para superar las fallas del transpondedor). Este es un interruptor de intervalo. Si esto falla, los nodos envuelven el tráfico alrededor de la ruta alternativa alrededor del anillo hasta el otro extremo de la falla. Esta acción es un interruptor de anillo.

El esquema permite que las rutas de luz que no se superponen compartan el mismo ancho de banda de protección siempre que no fallen juntas. Este esquema también se denomina anillo de protección compartido OCh (OCh / SPRing).

Implementation Notes- Este esquema se puede implementar en un OXC o, a través de conmutadores mucho más pequeños en OADM. Se necesitan interruptores para cada canal de protección. Es similar al estándar SDH BLSR.

Protección de ruta de malla

Este esquema permite una protección de malla global con conmutación muy rápida (en menos de 100 ms) para cada ruta de luz fallida por separado a una ruta de respaldo, compartida por múltiples rutas de luz que potencialmente toman una ruta diferente por ruta de luz. En caso de falla, se informa a todos los nodos pertinentes que configuran rutas de respaldo.

Implementation Notes- Estos esquemas se están implementando en OXC. Debido a limitaciones de tiempo, las rutas de respaldo predefinidas se almacenan en los nodos de la red y se activan según los tipos de fallas.

Restauración de ruta de malla

A diferencia de la protección de la ruta de malla, este esquema no tiene restricciones de tiempo estrictas. Este dispositivo calcula rutas alternativas utilizando su topología y difunde una nueva información de configuración a los nodos, que configuran estas rutas. Los nodos no necesitan mantener ninguna información n / w.

Implementation Notes - La naturaleza centralizada de este esquema asegura rutas de protección más optimizadas y reduce la complejidad de implementación y mantenimiento.

Protección del equipo 1: N

Uno de los módulos más complejos (y por lo tanto propenso a fallas) en un terminal WDM típico es un transpondedor. La protección 1: N designa un transpondedor de repuesto para que se haga cargo en caso de que falle el transpondedor normal.

Implementation Notes- Este esquema más típicamente se basa en una longitud de onda protegida designada. En caso de falla, ambos extremos deben cambiar utilizando protocolos de señalización rápida, no como APS en SDH.

Esquemas de capa de línea

Protección lineal 1 + 1

Este esquema se basa en unir toda la señal WDM a granel en un par de instalaciones con rutas diversas. El extremo receptor de estas instalaciones elige cuál de las dos señales recibir.

Protección lineal 1: 1

Este esquema requiere una configuración similar a la anterior (es decir, 1 + 1 lineal), sin embargo, la señal se conmuta a la ruta de trabajo o de protección, pero no a ambas. Si bien esto aumenta la carga de coordinación, permite ejecutar tráfico de baja prioridad en la ruta de respaldo (hasta que sea necesario para proteger la ruta de trabajo). También implica una menor pérdida de potencia óptica debido al hecho de que toda la energía de la señal se dirige a una ruta en lugar de a dos.

Implementation Notes- La conmutación se realiza normalmente mediante un conmutador óptico 1 × 2. La coordinación se logra mediante un protocolo de señalización rápida.

Anillo de conmutación de línea unidireccional óptica (OULSR)

El esquema es similar al esquema OUPSR excepto que el puenteo y la selección de la señal se realizan para la señal WDM agregada. Esto permite un diseño más optimizado, menor costo e implementaciones muy diferentes.

Implementation Notes- Una implementación de este esquema se basa en acopladores pasivos que ejecutan el anillo óptico en un medio de transmisión. En lugar de utilizar OADM, este esquema se basa en OLT simples, cada uno acoplado en anillos en sentido horario y antihorario, por lo que cada una de las longitudes de onda se transmite y recibe en ambas fibras. En condiciones normales, el enlace se desconecta artificialmente, lo que da como resultado un bus lineal, cuando se vuelve a conectar el enlace de fibra cortada.

Anillo de conmutación de línea bidireccional

Este esquema es similar al esquema OBPSR tanto en los aspectos de protocolo como en las acciones de protección utilizadas (conmutación de anillo y tramo). Como todos los esquemas de capa de línea, la señal WDM agregada se cambia a granel a una fibra de protección dedicada (que requiere cuatro fibras), oa una banda WDM diferente dentro de una sola fibra (que permite solo dos fibras, pero requiere un esquema de mux óptico de dos etapas). ). Este esquema también se denomina anillo de protección compartido OMS (OMS / SPRing).

Implementation Notes- Dado que la ruta de respaldo forma un bucle alrededor de todo el anillo ópticamente, es posible que se necesiten amplificadores de línea óptica a lo largo de la ruta de respaldo para compensar las pérdidas. La circunferencia del anillo también está limitada por otras deficiencias ópticas. Por lo tanto, esta opción se adapta mejor a aplicaciones metropolitanas.

Protección / restauración de líneas de malla

Este esquema se basa en conexiones cruzadas totalmente ópticas que desvían la señal WDM de una instalación fallida a una ruta alternativa y de regreso al otro extremo de la instalación fallida.

Implementation Notes - Como OBLSR, este esquema está restringido por degradaciones ópticas que pueden desarrollarse a lo largo de rutas alternativas y requiere un diseño óptico cuidadoso.

Consideración para la elección del esquema de protección

Los criterios que podría utilizar un operador para seleccionar los esquemas de protección que se utilizarán en la red. En la siguiente figura se muestra un cuadro de decisión simplificado para esto, suponiendo que se necesitan tanto equipo como protección de línea.

El costo de la protección

Otro criterio desde el punto de vista del transportista es el costo del sistema en al menos dos aspectos:

• Costo del equipo
• Eficiencia de ancho de banda

Ambos dependen de la combinación de servicios del tráfico, es decir, la fracción del tráfico a proteger por la capa óptica.

La siguiente figura muestra el costo del equipo de los esquemas de capa de ruta y esquemas de capa de línea equivalentes en función de la combinación de tráfico. Si se va a proteger todo el tráfico, los esquemas de capa de ruta requieren aproximadamente el doble de equipo que los esquemas de capa de línea, ya que hay menos compartición de equipos comunes.

Sin embargo, el costo de la protección de la capa de ruta es proporcional al número de canales que deben protegerse, ya que cada canal requiere un mux / demux asociado y un equipo de terminación. Por lo tanto, el costo de la protección de la capa de ruta disminuye si se deben proteger menos canales. En caso de que no sea necesario proteger canales, los esquemas de capa de ruta costarán aproximadamente lo mismo que los esquemas de capa de línea, suponiendo que no se despliegue ningún equipo común adicional.

La historia es diferente desde el punto de vista de la eficiencia del ancho de banda, como se muestra en la siguiente figura. En un sistema con protección de línea, el ancho de banda de protección se consume tanto para las rutas de luz que requieren protección como para las que no la requieren. En los sistemas de protección de rutas, las rutas de luz que no requieren protección pueden usar ancho de banda, lo que permite que otras rutas de luz desprotegidas utilicen un ancho de banda que de otro modo se habría desperdiciado en protección no deseada.

De ello se deduce que si una gran parte de los trayectos de luz pueden quedar desprotegidos, la protección de la capa de trayecto recupera el coste al admitir más tráfico de trabajo en la misma red que la protección de la capa de línea.

Las redes ópticas heredadas implementan tecnologías SDH / SONET para transportar datos a través de la red óptica. Estas redes son relativamente fáciles de planificar y diseñar. Se pueden agregar fácilmente nuevos elementos de red a la red. Las redes WDM estáticas pueden requerir menos inversión en equipos, especialmente en redes de metro. Sin embargo, la planificación y el mantenimiento de esas redes pueden ser una pesadilla, ya que las reglas de ingeniería y la escalabilidad suelen ser bastante complejas.

El ancho de banda y las longitudes de onda deben estar preasignados. Como las longitudes de onda están agrupadas en grupos y no todos los grupos terminan en cada nodo, el acceso a longitudes de onda específicas puede ser imposible en ciertos sitios. Las extensiones de red pueden requerir nuevos amplificadores y regeneración óptico-eléctrica-óptica o al menos ajustes de potencia en los sitios existentes. El funcionamiento de una red WDM estática requiere mucha mano de obra.

La planificación de la red y el ancho de banda debería ser tan fácil como en las redes SDH / SONET en el pasado. Dentro del ancho de banda de anillo dado, por ejemplo STM-16 u OC-48, cada nodo podría proporcionar tanto ancho de banda como sea necesario.

El acceso a todo el ancho de banda fue posible en cada ADM. La extensión de la red, por ejemplo, la introducción de un nuevo nodo en un anillo existente, fue relativamente fácil y no requirió ninguna visita in situ de los nodos existentes. El diagrama de red de la izquierda ilustra esto: Los sistemas de conexión cruzada digitales se enlazan con múltiples anillos ópticos SDH / SONET.

Las redes ópticas reconfigurables actúan de manera diferente: el ancho de banda se puede planificar a pedido y el alcance se optimiza, ya que la potencia óptica ahora se administra por canal WDM. La escalabilidad aumenta significativamente.

El elemento clave para habilitar una red óptica reconfigurable es Reconfigurable Optical Add-drop Multiplexer (ROADM). Permite redirigir las longitudes de onda ópticas a las interfaces del cliente con solo un clic en el software. El resto del tráfico no se ve afectado por esto. Todo esto se logra sin necesidad de desplazamientos de camiones a los sitios respectivos para instalar filtros u otros equipos.

Red WDM reconfigurable con ROADM

La escalabilidad y las reglas de ingeniería estáticas de WDM pueden ser bastante complejas (OADM en cada nodo).

• Asignación previa de ancho de banda y longitud de onda
• Asignación de margen para estructura de filtro fija
• Gestión de energía insuficiente
• La extensión de la red requiere regeneración Óptico-Eléctrico-Óptico (OEO)

Las redes SDH / SONET son fáciles de planificar.

• Acceso a todo el ancho de banda en cada ADM
• Reglas de ingeniería sencillas (solo un salto)
• Fácil adición de nuevos elementos de red

Una capa óptica reconfigurable permite lo siguiente.

• Planificación de ancho de banda bajo demanda
• Alcance transparente extendido debido a la administración de energía por canal WDM
• Escalabilidad sin impacto

Las capas fotónicas estáticas constan de anillos ópticos separados. Considere varios sistemas DWDM ubicados en cada uno de estos anillos. Con frecuencia, la información o los datos simplemente permanecen en el mismo anillo, por lo que no hay ningún problema. Sin embargo, ¿qué sucede en los casos en que los datos deben transferirse a un anillo óptico diferente?

En los sistemas estáticos, se requiere una gran cantidad de transpondedores siempre que se necesite una transición entre anillos. En realidad, cada longitud de onda que pasa de un anillo a otro necesita dos transpondedores: uno a cada lado de la red. Este enfoque incurre en altos costos y mucha planificación inicial, considerando la asignación de ancho de banda y canales.

Imaginemos ahora una capa fotónica dinámica reconfigurable. Aquí, solo hay un único sistema DWDM que forma la interfaz entre dos anillos ópticos. En consecuencia, la regeneración basada en transpondedores desaparece y el número de sistemas DWDM disminuye. Todo el diseño de la red se ha simplificado y las longitudes de onda ahora pueden viajar de un anillo a otro sin más obstrucciones.

Cualquier longitud de onda puede propagarse a cualquier anillo y a cualquier puerto. La clave para un diseño de red completamente flexible y escalable, con un paso óptico desde el núcleo hasta el área de acceso, es el ROADM y el plano de control GMPLS.

Simplificaciones a través de ROADM

Los ROADM proporcionan simplificaciones en la red y en los procesos del proveedor de servicios o del operador. Esta interacción resume algunas de estas simplificaciones. Después de todo, debemos tener en cuenta que todas estas ventajas dan como resultado una reducción de tiempo, esfuerzo y costo. Pero lo que es más importante es que también conducen a una mayor satisfacción del cliente y, a su vez, a la lealtad del cliente.

La planificación de la red se simplifica enormemente con ROADM. Solo considere la cantidad significativamente reducida de transpondedores, que deben almacenarse en el almacén.

La instalación y la puesta en servicio, por ejemplo, al configurar una nueva longitud de onda para la red, requieren un esfuerzo significativamente menor y son mucho menos complejas. Los técnicos de servicio solo necesitan visitar los sitios finales respectivos para instalar los transpondedores y ROADM. Los multiplexores ópticos fijos Add / Drop (FOADM) solían requerir una visita a cada sitio intermedio para que se pudieran realizar el trabajo de instalación y los parches.

Las operaciones y el mantenimiento se simplifican enormemente cuando se implementa una red óptica dinámica. Los diagnósticos ópticos se pueden realizar en unos minutos en lugar de horas, como era el caso anteriormente. Las deficiencias pueden detectarse y eliminarse dinámicamente en lugar de enviar camiones a sitios externos.

Con el despliegue de láseres sintonizables y ROADM incoloros, el mantenimiento de la planta de fibra es más fácil. Con estas funciones, el aprovisionamiento de servicios es ahora más fácil que nunca. Al igual que con el trabajo de instalación y puesta en marcha, también es mucho más fácil realizar el mantenimiento de la red y cualquier actualización potencial.

Arquitectura ROADM

En las secciones anteriores se trataron muchas de las ventajas que los ROADM aportan al diseño y funcionamiento de la red. Aquí hay algunos más:

• Monitoreo y nivelación de energía por canal para ecualizar toda la señal DWDM
• Control total del tráfico desde el centro de operaciones de red remoto

Una pregunta, sin embargo, ha quedado sin respuesta hasta ahora: ¿Cómo funciona un ROADM? Echemos un vistazo a algunos fundamentos.

Un ROADM generalmente consta de dos elementos funcionales principales: un divisor de longitud de onda y un interruptor selectivo de longitud de onda (WSS). Observe el diagrama de bloques de arriba: Un par de fibra óptica en la interfaz de red No. 1 está conectado con el módulo ROADM.

La fibra que transporta los datos entrantes (de la red) se alimenta al divisor de longitud de onda. Ahora, todas las longitudes de onda están disponibles en todos los puertos de salida del divisor, en este caso 8. El tráfico de adición / eliminación local (longitudes de onda) se puede multiplexar / demultiplexar con un filtro de guía de ondas arreglado (AWG). El uso de un AWG implica una asignación y una dirección de longitud de onda fija.

El conmutador selectivo de longitud de onda (WSS) une selectivamente las distintas longitudes de onda y las alimenta a la salida de la interfaz de red n. ° 1. Los puertos divisores restantes están conectados con otras direcciones de la red, por ejemplo, otras tres direcciones en un nodo de unión de 4 grados.

Note- Se necesita uno de los módulos ilustrados (cuadro completamente gris) por dirección de red en este nodo. O para ser más precisos: en un nodo de unión que sirve a cuatro direcciones (4 grados) se necesitan cuatro de estos módulos.

El corazón de ROADM: el módulo WSS

Comencemos con la señal WDM que llega desde la izquierda. Pasa a través de la fibra óptica en la parte superior y se dirige hacia una rejilla de difracción en masa. Esta rejilla de difracción masiva actúa como una especie de prisma. Separa las distintas longitudes de onda en diferentes direcciones, aunque la variación de ángulo es bastante pequeña. Las longitudes de onda separadas chocan contra un espejo esférico, que refleja los rayos en un conjunto de sistemas microelectromecánicos (MEMS) para abreviar. Cada microinterruptor es golpeado por una longitud de onda diferente, que luego se envía de regreso al espejo esférico.

Desde allí, los rayos se devuelven a la rejilla de difracción en masa y se envían a la fibra óptica. Pero esta es ahora una fibra diferente a la que comenzamos. La señal de salida de longitud de onda única indica que esto ha ocurrido. Esta señal se puede combinar con otras señales de longitud de onda única para llenar otra fibra de transmisión.

Hay varias versiones disponibles: las palabras clave aquí son incoloras, sin dirección, etc.

ROADM: grados, incoloro, sin dirección y más

Término	Explicación
Degree	El término Grado describe la cantidad de interfaces de línea DWDM admitidas. Un nodo ROADM de 2 grados admite dos interfaces de línea DWDM. También permite dos ramas de agregar / quitar de todas las interfaces de línea.
Multi Degree	Los ROADM de varios grados admiten más de dos interfaces de línea DWDM. El número de posibles ramas de adición / eliminación está determinado por el recuento de puertos WSS.
Colorless	Un ROADM incoloro permite la asignación flexible de cualquier longitud de onda o color a cualquier puerto. Los módulos de filtro deben estar conectados para implementar esta función.
Directionless	Un ROADM sin dirección no requiere una reconexión física de las fibras de transmisión. Se eliminan las restricciones sobre las direcciones. Los ROADM sin dirección se implementan con fines de restauración o para el redireccionamiento temporal de servicios (por ejemplo, debido al mantenimiento de la red o los requisitos de ancho de banda bajo demanda).
Contentionless	Los ROADM sin contienda eliminan el problema potencial de dos longitudes de onda idénticas que chocan en el ROADM.
Gridless	Los ROADM sin cuadrícula admiten varias cuadrículas de canales ITU-T con la misma señal DWDM. La granularidad de la red se puede adaptar a los requisitos futuros de velocidad de transmisión.

Para comprender este enfoque de ROADM nivelado, a continuación se presentan algunos términos clave que se utilizan a menudo en relación con los ROADM.

Incoloro

Los ROADM simples comprenden un WSS para cada dirección, también denominado "un grado". Las longitudes de onda todavía están asignadas y se utilizan transceptores de adición / caída fijos. Los ROADM incoloros eliminan esta limitación: con dichos ROADM se puede asignar cualquier longitud de onda o color a cualquier puerto. No se requieren visitas de camiones, ya que la configuración completa está controlada por software. Deben implementarse módulos de filtro para realizar la característica incolora.

Sin dirección

Esto a menudo aparece junto con el término "incoloro". Un diseño sin dirección elimina una limitación adicional de ROADM. La necesidad de reconectar físicamente las fibras de transmisión se elimina utilizando ROADM sin dirección, ya que no hay restricciones con respecto a la dirección, por ejemplo, hacia el sur o hacia el norte.

Sin contienda

Aunque son incoloros y sin dirección, los ROADM ya ofrecen una gran flexibilidad, dos longitudes de onda que usen la misma frecuencia podrían colisionar en un ROADM. Los ROADM sin contienda proporcionan una estructura interna dedicada para evitar dicho bloqueo.

Sin cuadrícula

Los ROADM sin red admiten una red de canales de longitud de onda muy densa y se pueden adaptar a los requisitos futuros de velocidad de transmisión. La función es necesaria para velocidades de señal de más de 100 Gbit / sy diferentes formatos de modulación dentro de una red.

Cuando sin dirección

Los ROADM sin dirección son el diseño de ROADM más extendido, ya que permiten agregar / eliminar una longitud de onda desde la cuadrícula de ITU admitida en cualquier interfaz de línea. En el caso de una variante sin dirección, los puertos de agregar / soltar son específicos para una longitud de onda definida. Con la opción incolora, los puertos también pueden ser no específicos de la longitud de onda.

La tecnología sin dirección se implementa principalmente para redireccionar la longitud de onda a otros puertos según sea necesario para fines de restauración. También son posibles otras aplicaciones, por ejemplo, en situaciones de ancho de banda bajo demanda. Los ROADM que no admiten la función sin dirección están sujetos a algunas limitaciones con respecto a la flexibilidad.

Cuando incoloro

Los ROADM incoloros permiten el cambio de longitudes de onda de un canal óptico específico sin ningún cableado físico. Un ROADM incoloro se puede reconfigurar para agregar / eliminar cualquier longitud de onda de la cuadrícula de ITU compatible en cualquier puerto de agregar / quitar. La longitud de onda agregada / eliminada puede cambiar (interfaz DWDM sintonizable). Esto permite -

• Flexibilidad mejorada para aprovisionamiento y restauración de longitud de onda

• Conmutación de restauración, conmutación direccional y conmutación de color

• La ventaja clave de los puertos de adición / eliminación incoloros en combinación con interfaces de línea DWDM sintonizables es la flexibilidad mejorada para propósitos de aprovisionamiento y restauración de longitud de onda. Sintonización automática a la siguiente longitud de onda libre en una ruta óptica solicitada.

Uno de los últimos bits en la automatización total de la red óptica es el despliegue de ROADM incoloros. El uso de tales ROADM permite agregar / eliminar cualquier longitud de onda de la cuadrícula de ITU admitida en cualquier puerto de agregar / eliminar. La longitud de onda del puerto puede cambiar a medida que se utilizan transceptores sintonizables como interfaces ópticas.

El aprovisionamiento y la restauración de longitudes de onda se hacen aún más fáciles que antes. Cuando una longitud de onda está ocupada, el sistema puede sintonizar automáticamente el transceptor a la siguiente longitud de onda libre disponible. Los ROADM brindan la opción de usar funciones de agregar / soltar fijas e incoloras dentro del mismo nodo ROADM.

Cuando no hay contienda

Los ROADM sin contiendas pueden agregar / eliminar cualquier longitud de onda en cualquier puerto de agregar / quitar sin ninguna cuadrícula de contención en ningún puerto de agregar / quitar. Se puede agregar / quitar un color de longitud de onda dedicado varias veces (desde diferentes interfaces de línea DWDM) en la misma rama de agregar / quitar. Si solo están equipados con 8 puertos de adición / eliminación, debe ser posible eliminar la misma longitud de onda desde 8 direcciones de línea diferentes en los 8 puertos de adición / eliminación. Siempre que estén disponibles los puertos para agregar / soltar, el nodo ROADM debe poder agregar / quitar cualquier longitud de onda desde / hacia cualquier interfaz de línea.

La combinación de la funcionalidad Incoloro, Directionless y Contentionless (CDC) proporciona el máximo nivel de flexibilidad.

Cuando Gridless

Los nodos ROADM sin cuadrícula admiten diferentes cuadrículas de canales ITU-T dentro de la misma señal DWDM. El ancho de banda de la red se puede aprovisionar por canal.

La función sin red es necesaria para redes que operan con velocidades de datos superiores a 100 Gbit / so para redes que funcionan con diferentes esquemas de modulación. Está destinado a redes de próxima generación con interfaces de línea coherentes. Las diferentes velocidades de datos exigen diferentes requisitos de longitud de onda según el esquema de modulación y la velocidad de datos.

Las velocidades de transmisión están aumentando y los esquemas de modulación son cada vez más complejos. Varias tecnologías de modulación podrían ahora mezclarse en una sola fibra óptica. Todo esto se refleja en la tecnología ROADM y genera los requisitos para los ROADM sin red. Dichos ROADM operan en una red de frecuencia densa y permiten un aprovisionamiento por canal del ancho de banda. Los canales de datos ahora exigen diferentes requisitos de longitudes de onda según su esquema de modulación y su velocidad de datos.

Las aplicaciones típicas son redes que operan con velocidades de datos superiores a 100 Gbit / so que ejecutan diferentes esquemas de modulación en paralelo. Esta última situación puede darse fácilmente, por ejemplo, cuando se utilizan tecnologías de transmisión coherentes.