Redes ópticas - Tecnología WDM
WDM es una tecnología que permite que varias señales ópticas sean transmitidas por una sola fibra. Su principio es esencialmente el mismo que el de 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 descubrió 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 de 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, reforma y reprograma 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 nodo dual, 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 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 está protegido 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 pueden usarse 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 asemejarán mucho, si no en 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 las implicaciones de mantenimiento e ingeniería de redes analógicas explican 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 de WDM seguirán 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 "sobre construcción" y 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 de 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 ADM SDH, 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 se debe soportar. 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 utilizar 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 trayectos de luz. Como resultado, no puede monitorear el tráfico para detectar degradaciones, como mayores tasas de error 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 lleva a cabo en el camino ligero (parte del tráfico puede ser de alta prioridad y la otra de menor prioridad). Esta función debe ser realizada por una capa superior que maneja 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 cuidadosamente, 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 usa 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 se pueden calcular 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 la ruta requiere normalmente 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 todos los canales están protegidos. 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 del 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 óptica unidireccional (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). Al igual que todos los esquemas de capa de línea, la señal WDM agregada se conmuta 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 recorre ópticamente todo el anillo, 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 - Al igual que 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 los caminos de luz que requieren protección como para los que no lo 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.
