Réseaux optiques - Technologie WDM

WDM est une technologie qui permet à divers signaux optiques d'être transmis par une seule fibre. Son principe est essentiellement le même que celui du multiplexage par répartition en fréquence (FDM). Autrement dit, plusieurs signaux sont transmis en utilisant différentes porteuses, occupant des parties non chevauchantes d'un spectre de fréquences. Dans le cas du WDM, la bande spectrale utilisée est de l'ordre de 1300 ou 1550 nm, qui sont deux fenêtres de longueur d'onde auxquelles les fibres optiques ont une très faible perte de signal.

Au départ, chaque fenêtre était utilisée pour transmettre un seul signal numérique. Avec l'avancée des composants optiques, tels que les lasers à rétroaction distribuée (DFB), les amplificateurs à fibre dopée à l'erbium (EDFA) et les photodétecteurs, on s'est vite rendu compte que chaque fenêtre de transmission pouvait en fait être utilisée par plusieurs signaux optiques, chacun occupant une petite traction de la fenêtre de longueur d'onde totale disponible.

En effet, le nombre de signaux optiques multiplexés au sein d'une fenêtre n'est limité que par la précision de ces composants. Avec la technologie actuelle, plus de 100 canaux optiques peuvent être multiplexés en une seule fibre. La technologie a alors été nommée dense WDM (DWDM).

WDM sur le long terme

En 1995, les transporteurs long-courriers aux États-Unis ont commencé à déployer des systèmes de transmission WDM point à point pour améliorer la capacité de leurs réseaux tout en tirant parti de leurs infrastructures de fibre existantes. Depuis, WDM a également pris d'assaut le marché long-courrier. La technologie WDM permet de faire face à des exigences de capacité toujours croissantes tout en retardant l'épuisement de la fibre et en augmentant la flexibilité pour la mise à niveau de la capacité.

Le facteur le plus répandu, cependant, est l'avantage de coût de la solution WDM par rapport aux solutions concurrentes, telles que le multiplexage par répartition spatiale (SDM) ou le multiplexage par répartition dans le temps amélioré (TDM) pour améliorer la capacité du réseau. La solution WDM "ouverte", illustrée dans la figure suivante, utilise des transpondeurs dans des multiplexeurs terminaux WDM (TM) et des amplificateurs optiques en ligne qui sont partagés par plusieurs canaux de longueur d'onde.

Le transpondeur est essentiellement un convertisseur opto-électro-optique (O / E / O) 3R, qui convertit un signal optique conforme à la norme G.957 en un canal de longueur d'onde approprié (et vice versa) tout en remettant sous tension, remodelant et resynchronisant électriquement le signal. . La solution SDM utilise plusieurs paires de fibres en parallèle, chacune équipée de régénérateurs SDH au lieu de plusieurs longueurs d'onde partageant le même amplificateur optique en ligne. La mise à niveau vers des débits TDM plus élevés (par exemple, de 2,5 Gb / s STM-16 à 10 Gb / s STM-64) n'est qu'une solution de courte durée car les dégradations de transmission telles que la dispersion ne s'adaptent pas bien à l'augmentation des débits TDM, en particulier sur les fibre monomode.

Une étude de cas a démontré que les systèmes WDM point à point longue distance sont clairement une solution plus rentable que SDM, même pour aussi peu que trois canaux de STM-16. La figure ci-dessus illustre deux comparaisons de coûts de liaison pour le cœur initial d'un réseau de transport constitué de 5 000 km de fibre avec une distance moyenne de 300 km entre deux villes d'accès. Notez que le point de référence de coût de 100% dans la figure ci-dessus correspond au coût de déploiement d'un canal STM-16, y compris le coût de la fibre. Deux conclusions peuvent être tirées de la figure ci-dessus.

Comme le montre la figure suivante, si seuls les coûts d'équipement de transmission et de régénération sont pris en compte (c'est-à-dire, les régénérateurs SDH dans le cas SDM et les WDM TM avec transpondeurs avec amplificateurs optiques en ligne dans le cas WDM), le coût de liaison initial de l'utilisation de la technologie WDM est plus du double de celle de SDH. Cependant, la solution WDM est plus rentable pour le déploiement de trois canaux et plus dans le réseau, en raison de l'utilisation partagée de l'amplificateur optique en ligne.

Comme le montre la figure suivante, si en plus de la considération ci-dessus, le coût de la fibre est également pris en compte, l'avantage de coût du cas WDM devient encore plus évident et est amplifié à mesure que le nombre de canaux augmente. La solution WDM est plus rentable pour le déploiement de trois canaux et plus dans le réseau.

WDM sur le court terme

Les régénérateurs ne sont pas nécessaires et les dégradations optiques ont moins d'impact en raison des distances limitées dans les réseaux de courte distance, par conséquent les avantages du WDM sont moins évidents que ceux des solutions SDM ou TDM améliorées. Cependant, l'épuisement des fibres et les composants optiques bon marché sont désormais les moteurs du WDM dans la zone métropolitaine.

L'application court-courrier est liée à l'interconnexion de plusieurs points de présence (POP) au sein d'une même ville. Analysons un exemple. La figure suivante montre que le réseau de transport a au moins deux POP par ville, où les clients peuvent s'interconnecter. Avec des techniques d'interconnexion à deux nœuds, telles que drop and continue, les réseaux des clients peuvent être interconnectés avec le réseau de transport via deux POP différents.

Il en résulte une architecture très sécurisée qui peut même survivre aux pannes POP sans aucun impact sur le trafic. Ainsi, le flux de trafic entre deux POP dans une ville se compose non seulement de trafic qui traverse la ville, mais également de trafic qui se termine dans la ville et est protégé par Drop and Continue. Ces besoins accrus de capacité intra-urbaine ont conduit au déploiement de la GDE dans le tronçon court-courrier d'un réseau de transport.

La principale raison pour laquelle le WDM est préféré au SDM est que les fibres dans une ville doivent être louées à un tiers ou qu'un réseau de fibres optiques doit être construit. La location ou la construction de fibre urbaine n'est pas seulement un processus coûteux, c'est aussi une approche moins flexible pour améliorer la capacité. Dans un environnement dynamique, où les distributions et les volumes de trafic évoluent rapidement, la quantité de fibre à louer ou à construire est difficile à prévoir à l'avance. Par conséquent, l'utilisation de la technologie WDM présente des avantages de flexibilité évidents car les canaux de longueur d'onde peuvent être activés en très peu de temps.

Bien que des systèmes WDM courtes distances spécifiques soient disponibles dans le monde, il est avantageux d'utiliser le même type de système WDM pour son réseau longue distance. Alors que les systèmes WDM court-courrier sont moins chers que leurs homologues long-courrier et peuvent être utilisés en raison de leurs composants optiques peu coûteux, ils conduisent à un réseau hétérogène, ce qui n'est pas préféré pour plusieurs raisons. Premièrement, l'utilisation de deux systèmes différents entraîne une augmentation des coûts d'exploitation et de gestion. Par exemple, un réseau hétérogène nécessite plus de pièces détachées d'équipement qu'un réseau homogène. Deuxièmement, l'interfonctionnement entre deux systèmes différents pourrait poser des problèmes. Par exemple, un goulot d'étranglement peut se produire parce que les systèmes WDM courte distance prennent généralement en charge moins de longueurs d'onde que les systèmes WDM longue distance.

Architectures de réseau de transport optique

Le réseau de transport optique (OTN), comme le montre la figure suivante, représente une prochaine étape naturelle dans l'évolution du réseau de transport. D'un point de vue architectural de haut niveau, on ne s'attendrait pas à ce que les architectures OTN diffèrent de manière significative de celles de SDH. Néanmoins, le fait que SDH implique une ingénierie de réseau numérique et OTN implique une ingénierie de réseau analogique conduit à des distinctions importantes, quoique subtiles. L'exploration de ces distinctions nous amène à comprendre les aspects de l'OTN qui sont susceptibles de différer de leurs homologues SDH.

Les architectures OTN WDM évolutives (y compris les topologies de réseau et les schémas de survie) ressembleront étroitement, sinon en miroir, à celles des réseaux SDH TDM. Cela devrait être surprenant, cependant, puisque SDH et OTN sont tous deux des réseaux multiplexés orientés connexion. Les différences majeures proviennent de la forme de la technologie de multiplexage: TDM numérique pour SDH vs WDM analogique pour un OTN.

La distinction numérique / analogique a un effet profond sur les compromis fondamentaux coût / performance dans de nombreux aspects de la conception du réseau et du système OTN. En particulier, les complexités associées à l'ingénierie des réseaux analogiques et aux implications de maintenance représentent la majorité des défis associés à l'OTN.

Pour satisfaire le besoin à court terme de gain de capacité, les systèmes de ligne point à point WDM continueront à être déployés à grande échelle. À mesure que le nombre de longueurs d'onde et la distance entre les terminaux augmentent, il est de plus en plus nécessaire d'ajouter et / ou de supprimer des longueurs d'onde sur des sites intermédiaires. Par conséquent, les ADM optiques reconfigurables flexibles (OADM) deviendront des éléments intégraux des réseaux WDM.

À mesure que de plus en plus de longueurs d'onde sont déployées dans les réseaux porteurs, il sera de plus en plus nécessaire de gérer la capacité et les signaux de transfert entre les réseaux au niveau du canal optique. De la même manière, des DXC sont apparus pour gérer la capacité au niveau de la couche électrique, des interconnexions optiques (OXC) émergeront pour gérer la capacité au niveau de la couche optique.

Au départ, le besoin de gestion de la bande passante de la couche optique sera le plus aigu dans l'environnement du réseau de transport central. Ici, la connectivité basée sur le maillage logique sera prise en charge via des topologies physiques, y compris des anneaux de protection partagés basés sur OADM et des architectures de restauration de maillage basées sur OXC. Le choix dépendra du degré de bande passante souhaité par le fournisseur de services et des exigences d'échelle de temps de survie.

Au fur et à mesure que des exigences similaires de gestion de la bande passante émergent pour les environnements inter-bureaux et d'accès métropolitains, les solutions basées sur l'anneau OADM seront également optimisées pour ces applications: anneaux de protection optique partagée pour les demandes de maillage et anneaux de protection optiques dédiés pour les demandes concentrées. Par conséquent, tout comme l'OA a été le catalyseur technologique de l'émergence des systèmes de lignes point à point WDM, les OADM et les OXC seront les catalyseurs de l'émergence de l'OTN.

Comme les éléments de réseau optique assument la fonctionnalité de couche de transport traditionnellement fournie par l'équipement SDH, la couche de transport optique en viendra à servir de couche de transport unificatrice capable de prendre en charge à la fois les formats de signaux de réseau central de paquets hérités et convergés. Bien entendu, le mouvement du fournisseur de services vers l'OTN sera prédit sur le transfert de la fonctionnalité de couche de transport "de type SDH" vers la couche optique, en même temps que le développement d'une philosophie de maintenance et des fonctionnalités de maintenance de réseau associées pour la couche de transport optique émergente.

La survie est au cœur du rôle des réseaux optiques en tant qu'infrastructure de transport unificatrice. Comme pour de nombreux autres aspects architecturaux, la capacité de survie du réseau optique présentera une ressemblance de haut niveau avec la capacité de survie SDH, car les topologies de réseau et les types d'éléments de réseau sont si similaires. Au sein de la couche optique, les mécanismes de capacité de survie continueront d'offrir la récupération la plus rapide possible des coupures de fibre et d'autres défauts de supports physiques, ainsi que de fournir une gestion efficace et flexible de la capacité de protection.

OTN est conceptuellement analogue à SDH, en ce sens que des sous-couches sont définies qui reflètent les relations client-serveur. Étant donné que OTN et SDH sont tous deux des réseaux multiplexés orientés connexion, il ne faut pas s'étonner que les schémas de restauration et de protection des deux soient remarquablement similaires. La différence subtile mais importante mérite d'être répétée: alors que la mise en réseau TDM est basée sur la manipulation de créneaux temporels numériques, la mise en réseau OTN / WDM est basée sur la manipulation de créneaux de fréquence analogique ou de canaux optiques (longueur d'onde). Ainsi, alors que nous pouvons nous attendre à ce que des architectures de protection et de restauration similaires soient possibles avec les deux technologies, les types de pannes de réseau dont il peut être nécessaire de tenir compte dans un schéma de survie particulier peuvent être très différents.

Survivabilité de la couche optique

Les réseaux de télécommunication sont tenus de fournir un service fiable et ininterrompu à leurs clients. Les besoins globaux de disponibilité sont de l'ordre de 99,999% ou plus, ce qui impliquerait que le réseau ne peut pas être en panne plus de 6 min / an en moyenne. En conséquence, la capacité de survie du réseau est un facteur majeur qui affecte la façon dont ces réseaux sont conçus et exploités. Les réseaux doivent être conçus pour gérer les coupures de liaison ou de fibre ainsi que les pannes d'équipement.

Le réseau peut être considéré comme étant constitué de nombreuses couches interagissant les unes avec les autres, comme le montre la figure ci-dessus. Différents opérateurs choisissent différentes manières de réaliser leurs réseaux en utilisant différentes combinaisons de stratégies de stratification. Les opérateurs historiques utilisent leur vaste base installée d'équipements SDH et les capacités étendues de toilettage et de surveillance des interconnexions numériques.

En revanche, un opérateur offrant des services basés sur le protocole Internet (IP) cherche à disposer d'une infrastructure de réseau simplifiée utilisant IP comme couche de transport de base sans utiliser SDH. Les transporteurs qui se distinguent par la qualité (et la diversité) des services (QOS) peuvent utiliser l'ATM comme technologie de transport. Sous ces couches se trouve la couche optique WDM émergente, ou la couche optique.

La couche optique fournit des chemins de lumière vers des couches supérieures, qui peuvent être considérées comme des couches clientes qui utilisent le service fourni par la couche optique. Les chemins lumineux sont des tuyaux à commutation de circuits transportant le trafic à des débits binaires assez élevés (par exemple, 2,5 Gb / s ou 10 Gb / s). Ces chemins lumineux sont généralement configurés pour interconnecter les équipements de la couche client, tels que les ADM SDH, les routeurs IP ou les commutateurs ATM. Une fois installés, ils restent assez statiques dans le temps.

La couche optique comprend des terminaux de ligne optique (OLT), des ADM optiques (OADM) et des interconnexions optiques (OXC), comme illustré dans la figure suivante. Les OLT multiplexent plusieurs canaux en une seule fibre ou paire de fibres. Les OADM suppriment et ajoutent un petit nombre de canaux depuis / vers un flux WDM agrégé. Un OXC, commute et gère un grand nombre de canaux dans un emplacement de nœud à fort trafic.

Nous examinons la protection de la couche optique du point de vue des services, en termes de types de services devant être fournis par la couche optique à la couche supérieure. Nous comparons ensuite les différents schémas de protection de couche optique qui ont été proposés en termes de coût et d'efficacité de bande passante en fonction du mix de services à prendre en charge. Ceci est quelque peu différent, qui ont tendance à considérer la protection de couche optique comme analogue à la protection de couche SDH.

Pourquoi une protection de couche optique?

Les couches IP, ATM et SDH illustrées dans la figure ci-dessus incorporent toutes des techniques de protection et de restauration. Bien que ces couches aient toutes été conçues pour fonctionner avec d'autres couches, elles peuvent également fonctionner directement sur la fibre et ne dépendent donc pas d'autres couches pour gérer les fonctions de protection et de restauration. En conséquence, chacune de ces couches intègre ses propres fonctions de protection et de restauration. Ainsi, la question se pose, pourquoi avons-nous besoin de la couche optique pour fournir son propre ensemble de mécanismes de protection et de restauration. Voici quelques-unes des raisons -

  • Certaines des couches fonctionnant au-dessus de la couche optique peuvent ne pas être pleinement capables de fournir toutes les fonctions de protection nécessaires dans le réseau. Par exemple, la couche SDH a ​​été conçue pour fournir une protection complète et, par conséquent, ne dépendrait pas de la protection de la couche optique. Cependant, les techniques de protection dans d'autres couches (IP ou ATM) à elles seules peuvent ne pas être suffisantes pour assurer une disponibilité adéquate du réseau en présence de défauts.

    Il existe actuellement de nombreuses propositions pour faire fonctionner la couche IP directement sur la couche optique sans utiliser la couche SDH. Bien que l'IP intègre la tolérance aux pannes au niveau du routage, ce mécanisme est lourd et pas assez rapide pour fournir une qualité de service adéquate. Dans ce cas, il devient important pour la couche optique de fournir une protection rapide pour répondre aux exigences globales de disponibilité de la couche de transport.

  • La plupart des transporteurs ont d'énormes investissements dans des équipements existants qui ne fournissent aucun mécanisme de protection, mais qui ne peuvent être ignorés. Une introduction transparente de la couche optique entre cet équipement et la fibre brute offre une mise à niveau à faible coût de l'infrastructure sur de longues liaisons en fibre avec une capacité de survie accrue.

  • La protection et la restauration de la couche optique peuvent être utilisées pour fournir un niveau supplémentaire de résilience dans le réseau. Par exemple, de nombreux réseaux de transport sont conçus pour gérer une seule panne à la fois, mais pas plusieurs pannes. La restauration optique peut être utilisée pour fournir une résilience contre plusieurs pannes.

  • La protection de la couche optique peut être plus efficace pour gérer certains types de pannes, telles que les coupures de fibres. Une seule fibre transporte plusieurs longueurs d'onde de trafic (par exemple, 16 à 32 flux SDH). Une coupure de fibre a donc pour résultat que les 16 à 32 de ces flux SDH sont restaurés indépendamment par la couche SDH. Le système de gestion de réseau est inondé d'un grand nombre d'alarmes générées par chacune de ces entités indépendantes. Si la coupure de fibre est restaurée suffisamment rapidement par la couche optique, cette inefficacité opérationnelle peut être évitée.

  • Des économies de coûts significatives peuvent être obtenues en utilisant la protection et la restauration de la couche optique.

Limitations - Protection de la couche optique

Voici quelques-unes des limites de la protection de la couche optique.

  • Il ne peut pas gérer tous les types de pannes du réseau. Par exemple, il ne peut pas gérer la panne d'un laser dans un routeur IP ou un SDH ADM connecté au réseau optique. Ce type de panne doit être géré par la couche IP ou SDH, respectivement.

  • Il peut ne pas être en mesure de détecter tous les types de pannes sur le réseau. Les trajets lumineux fournis par la couche optique peuvent être transparents de sorte qu'ils transportent des données à divers débits binaires. La couche optique dans ce cas peut en fait ne pas savoir ce qui est exactement transporté sur ces chemins lumineux. En conséquence, il ne peut pas surveiller le trafic pour détecter des dégradations, telles que des taux d'erreur sur les bits accrus, qui invoqueraient normalement un commutateur de protection.

  • La couche optique protège le trafic en unités de chemins lumineux. Il ne peut pas fournir différents niveaux de protection à différentes parties du trafic acheminées sur le trajet lumineux (une partie du trafic peut être hautement prioritaire, l'autre moins prioritaire). Cette fonction doit être exécutée par une couche supérieure qui gère le trafic avec cette granularité plus fine.

  • Il peut y avoir des contraintes de budget de liaison qui limitent la capacité de protection de la couche optique. Par exemple, la longueur de la route de protection ou le nombre de nœuds traversés par le trafic de protection peuvent être limités.

  • Si le réseau global n'est pas soigneusement conçu, il peut y avoir des conditions de concurrence lorsque la couche optique et la couche client essaient toutes deux de protéger le trafic contre une panne simultanément.

  • La technologie et les techniques de protection n'ont pas encore été testées sur le terrain et le déploiement à grande échelle de ces nouveaux mécanismes de protection prendra donc quelques années.

Définitions des entités protégées

Avant d'entrer dans le détail des techniques de protection et des compromis entre elles, il est intéressant de définir les entités qui sont protégées par la couche optique et la couche client. Ces entités sont illustrées dans la figure suivante.

Port d'équipement client

Les ports de l'équipement client peuvent échouer. Dans ce cas, la couche optique ne peut pas protéger la couche client par elle-même.

Connexions intrasites entre le client et l'équipement optique

Les câbles à l'intérieur d'un site peuvent être déconnectés, principalement en raison d'erreurs humaines. Ceci est considéré comme un événement relativement probable. Là encore, une protection complète contre de telles occurrences ne peut être prise en charge que par une protection combinée de la couche client et de la couche optique.

Cartes à transpondeur

Les transpondeurs sont des cartes d'interface entre l'équipement client et la couche optique. Ces cartes convertissent le signal de l'équipement client en une longueur d'onde qui convient pour une utilisation à l'intérieur du réseau optique, en utilisant une conversion optique-électrique-optique. Par conséquent, le taux d'échec de cette carte ne peut être considéré comme négligeable. Etant donné le grand nombre de ces cartes dans un système (une par longueur d'onde), un support de protection spécial pour elles est de mise.

Installations externes

Cette installation de fibre entre les sites est considérée comme les composants les moins fiables du système. Les coupes de fibres sont assez courantes. Cette catégorie comprend également les amplificateurs optiques déployés le long de la fibre.

Nœuds entiers

Un nœud entier peut tomber en panne en raison d'erreurs du personnel de maintenance (par exemple, le déclenchement de disjoncteurs d'alimentation) ou de pannes de l'ensemble du site. Les défaillances de sites sont relativement rares et se produisent généralement en raison de catastrophes naturelles telles que des incendies, des inondations ou des tremblements de terre. Les pannes de nœuds ont un impact significatif sur le réseau et, par conséquent, doivent encore être protégées, malgré leur probabilité d'occurrence relativement faible.

Protection contre restauration

Protectionest défini comme le mécanisme principal utilisé pour gérer une panne. Il doit être très rapide (généralement le trafic ne doit pas être interrompu pendant plus de 60 ms en cas de panne des réseaux SDH). En conséquence, les routes de protection doivent généralement être pré-planifiées afin que le trafic puisse être basculé rapidement des routes normales vers les routes de protection.

En raison des exigences de vitesse, cette fonction est généralement réalisée de manière distribuée par les éléments du réseau sans dépendre d'une entité de gestion centralisée pour coordonner les actions de protection. À l'exception des schémas de protection à maillage rapide récents (et non encore éprouvés), les techniques de protection ont tendance à être assez simples et sont mises en œuvre dans des topologies linéaires ou en anneau. Ils finissent tous par utiliser 100% de la bande passante d'accès sur le réseau.

En revanche, restorationn'est pas un mécanisme principal utilisé pour traiter les échecs. Une fois la fonction de protection terminée, la restauration est utilisée pour fournir des itinéraires efficaces ou une résilience supplémentaire contre d'autres pannes avant que la première panne ne soit corrigée. En conséquence, il peut se permettre d'être assez lent (parfois de quelques secondes à quelques minutes).

Les itinéraires de restauration n'ont pas besoin d'être planifiés à l'avance et peuvent être calculés à la volée par un système de gestion centralisé, sans nécessiter de fonction de commande distribuée. Des algorithmes plus sophistiqués peuvent être utilisés pour réduire la bande passante excessive requise, et des topologies maillées plus complexes peuvent être prises en charge.

Sous-couches dans la couche optique

La couche optique est constituée de plusieurs sous-couches. La protection et la restauration peuvent être effectuées au niveau de ces différentes couches. Nous pouvons avoir des schémas qui protègent les chemins lumineux individuels ou les canaux optiques. Ces schémas traitent les coupures de fibre ainsi que les pannes des équipements terminaux, tels que les lasers ou les récepteurs.

Nous pouvons avoir des schémas qui fonctionnent au niveau du signal agrégé, qui correspond à la couche de section multiplex optique (OMS). Ces schémas ne font pas la distinction entre les différents chemins de lumière qui sont multiplexés ensemble, et les restaurent tous simultanément en les commutant en tant que groupe.

Le terme protection de couche de trajet est utilisé pour désigner des schémas qui fonctionnent sur des canaux individuels ou des chemins de lumière et une protection de couche de ligne pour désigner des schémas qui fonctionnent au niveau de la couche de section multiplex optique. Reportez-vous au tableau 1 pour une comparaison entre les propriétés des schémas de chemin et de couche de ligne, et au tableau 2 et tableau 3 pour les différents schémas de chemin et de ligne.

Tableau 1: Une comparaison entre la protection de ligne et la protection de chemin

Critère Protection de ligne Protection de chemin
Protège contre

Installations inter-bureaux

Pannes de site / nœud

Installations inter-bureaux

Pannes de site / nœud

Pannes d'équipement

Nombre de fibres Quatre, si le multiplexage à un seul niveau est utilisé Deux
Peut gérer les échecs / dégradation d'un seul chemin Non Oui
Prend en charge le trafic qui ne doit pas être protégé Non Oui
Coût de l'équipement Faible Haute
Efficacité de la bande passante Bon pour le trafic protégé Faible pour les canaux non protégés

Tableau 2: Une comparaison entre les schémas ligne-couche

Schème Protège contre Topologie Contraintes / carences Avantages clients
1 + 1 ligne Coupes de ligne Point à point Diverses voies nécessaires pour protéger les fibres Le plus simple à mettre en œuvre et à utiliser
1 + 1 ligne Coupes de ligne Point à point Diverses voies nécessaires pour protéger les fibres

Prise en charge du trafic de faible priorité

Perte inférieure (d'environ 3 dB)

OULSR

Coupes de ligne

Défauts de nœud

Anneau métropolitain

Altérations de la couche optique

Une perte de puissance supplémentaire existe en raison du pontage des signaux au niveau de la ligne

Simple à mettre en œuvre et à utiliser

Peut être fait à l'aide d'éléments passifs (au lieu d'interrupteurs optiques)

OBLSR

Coupes de ligne

Défauts de nœud

Anneau métropolitain Altérations de la couche optique

Protection de la réutilisation de la bande passante

Prise en charge du trafic de faible priorité

Protection de la ligne de maille

Coupes de ligne

Défauts de nœud

Tout

Limité par les dégradations de la couche optique

Basé sur une connexion croisée entièrement optique

Difficile à gérer

Efficace

À bas prix

Tableau 3: Une comparaison entre les schémas chemin-couche

Schème Protège contre Topologie Contraintes / carences Avantages clients
Protection de la couche client

Pannes d'équipement client

Installations intra-bureaux

Défauts du transpondeur

Installations inter-bureaux

Défauts de nœud

Tout

Nécessite divers chemins dans le réseau

Très cher

Protection la plus étendue
1: protection de l'équipement N Défauts du transpondeur Linéaire ou en anneau

Coût très bas

Bande passante efficace

1 + 1 chemin ou OUPSR

Installations inter-bureaux

Défauts de nœud

Tout

Nécessite divers chemins dans le réseau

Consommation de bande passante

Similaire à la protection des clients

Simple à développer et à utiliser

OBPSR

Installations inter-bureaux

Défauts de nœud

Anneau virtuel

Protection de la réutilisation de la bande passante

Prend en charge le trafic de faible priorité

Protection de chemin de maillage

Installations inter-bureaux

Défauts de nœud

Tout

Nécessite un OXC

Très complexe à mettre en œuvre et à exploiter

Haute efficacité

La topologie physique du réseau peut être n'importe quel maillage, passant des chemins lumineux entre les nœuds d'équipement client. La topologie virtuelle du point de vue de l'équipement client est restreinte selon la couche client (par exemple, des anneaux pour SDH). 2La topologie physique est n'importe quel maillage, tandis que la topologie virtuelle des chemins lumineux est un anneau.

Considérons, par exemple, les deux schémas de protection illustrés dans les figures suivantes. Ces deux schémas peuvent être considérés comme des schémas de protection 1 + 1, c'est-à-dire qu'ils divisent à la fois le signal à l'extrémité de transmission et sélectionnent la meilleure copie à l'extrémité de réception. La figure (a) représente une protection de couche de ligne 1 + 1, dans laquelle à la fois la division et la sélection sont effectuées pour le signal WDM entier ensemble. La figure (b) représente une protection de couche de trajet 1 + 1, où la division et la sélection sont effectuées séparément pour chaque trajet de lumière.

Protection de la couche de ligne et de la couche de chemin

Il existe d'importantes différences de coût et de complexité entre les deux approches. La protection de ligne nécessite un répartiteur supplémentaire et le passage à un système non protégé. Cependant, la protection de chemin nécessite un séparateur et un commutateur par canal. Plus important encore, la protection de chemin nécessite généralement deux fois plus de transpondeurs et deux fois les ressources multiplex / démultiplexeur de la protection de ligne. Par conséquent, la protection de chemin est presque deux fois plus chère que la protection de ligne, si tous les canaux doivent être protégés. L'histoire change, cependant, si tous les canaux n'ont pas besoin d'être protégés.

Les schémas de protection de base

Une comparaison des schémas de protection peut être trouvée dans les tableaux -1, 2 et 3. Les schémas de protection de la couche optique peuvent être classés de la même manière que les schémas de protection SDH et peuvent être mis en œuvre soit au niveau de la couche client, de la couche chemin ou de la couche ligne. .

Protection des clients

Une option simple consiste à laisser la couche client prendre en charge sa propre protection et à ne pas laisser la couche optique effectuer une protection. Cela peut être le cas pour les couches client SDH. Bien que cela soit simple du point de vue de la couche optique, des avantages de coûts importants et des économies de bande passante peuvent être obtenus en effectuant une protection de couche optique. Alors que la méthode de protection du client peut prendre en charge les réseaux client point à point, en anneau ou maillé, il est important de noter que du point de vue du réseau optique, tout cela se traduit par un support de maillage optique, car même un client point à point la liaison peut couvrir tout un réseau de maillage optique.

Dans la protection de la couche client, les chemins client de travail et de protection sont acheminés de manière totalement diversifiée à travers la couche optique afin qu'il n'y ait pas de points de défaillance uniques. En outre, les chemins du client de travail et de protection ne doivent pas être mappés sur des longueurs d'onde différentes sur la même liaison WDM. Si la liaison WDM échoue, les deux chemins seraient perdus.

Schémas de couche de chemin

Protection de chemin 1 + 1

Ce schéma nécessite deux longueurs d'onde sur le réseau, ainsi que deux ensembles de transpondeurs à chaque extrémité. Lorsqu'elle est appliquée à un anneau, cette protection est également appelée anneau commuté à trajet unidirectionnel optique (OUPSR) ou anneau de protection dédié OCh (anneau OCh / DP).

Implementation Notes- Le pontage est généralement effectué via un coupleur optique, tandis que la sélection est effectuée via un commutateur optique 1 x 2. L'extrémité de réception peut décider de basculer vers le chemin de sauvegarde sans coordination avec la source.

Anneau commuté bidirectionnel

Ce schéma est vaguement basé sur l'anneau de commutation de ligne bidirectionnelle à 4 fibres SDH (BLSR) et repose sur une bande passante de protection partagée autour de l'anneau. Lorsqu'un chemin de lumière de travail échoue, les nœuds se coordonnent et essaient d'envoyer le trafic à travers la bande passante de protection désignée dans la même direction autour de l'anneau (pour surmonter les défauts du transpondeur). Ceci est un interrupteur de portée. En cas d'échec, les nœuds bouclent le trafic autour du chemin alternatif autour de l'anneau jusqu'à l'autre extrémité de l'échec. Cette action est un commutateur en anneau.

Le schéma permet aux chemins lumineux qui ne se chevauchent pas de partager la même bande passante de protection tant qu'ils n'échouent pas ensemble. Ce schéma est également appelé anneau de protection partagé OCh (OCh / SPRing).

Implementation Notes- Ce schéma peut être implémenté dans un OXC ou, à travers des commutateurs beaucoup plus petits dans OADM. Des commutateurs sont nécessaires pour chaque canal de protection. Il est similaire à la norme SDH BLSR.

Protection de chemin de maillage

Ce schéma permet une protection globale du maillage avec une commutation très rapide (en moins de 100 ms) pour chaque chemin de lumière défaillant séparément vers un chemin de secours, partagé par plusieurs chemins de lumière prenant potentiellement un chemin différent par chemin de lumière. En cas d'échec, il est signalé à tous les nœuds concernés qui définissent les chemins de sauvegarde.

Implementation Notes- Ces schémas sont mis en œuvre dans les OXC. En raison de contraintes de temps, les chemins de sauvegarde prédéfinis sont stockés dans les nœuds du réseau et sont activés en fonction des types de défaillance.

Restauration du chemin de maillage

Contrairement à la protection des chemins de maillage, ce schéma n'a pas de contraintes de temps strictes. Cet appareil calcule des itinéraires alternatifs en utilisant sa topologie et diffuse une nouvelle information de configuration aux nœuds, qui définissent ces itinéraires. Les nœuds n'ont pas besoin de conserver les informations n / w.

Implementation Notes - La nature centralisée de ce schéma garantit des routes de protection plus optimisées et réduit la complexité de mise en œuvre et de maintenance.

1: N Protection de l'équipement

L'un des modules les plus complexes (et donc sujets aux pannes) d'un terminal WDM typique est un transpondeur. La protection 1: N désigne un transpondeur de rechange à prendre en charge en cas de panne du transpondeur normal.

Implementation Notes- Ce schéma est plus généralement basé sur une longueur d'onde protégée désignée. En cas de panne, les deux extrémités doivent basculer en utilisant des protocoles de signalisation rapide, contrairement à APS dans SDH.

Schémas de couche de ligne

Protection linéaire 1 + 1

Ce schéma est basé sur le pontage de l'ensemble du signal WDM en masse sur une paire d'installations à acheminement divers. L'extrémité réceptrice de ces équipements choisit alors lequel des deux signaux recevoir.

Protection linéaire 1: 1

Ce schéma nécessite une configuration similaire à la précédente (c.-à-d. 1 + 1 linéaire), cependant, le signal est commuté sur le chemin de travail ou de protection, mais pas sur les deux. Bien que cela augmente la charge de coordination, cela permet d'exécuter un trafic de faible priorité sur le chemin de secours (jusqu'à ce qu'il soit nécessaire pour protéger le chemin de travail). Cela entraîne également une perte de puissance optique inférieure en raison du fait que toute l'énergie du signal est dirigée vers un chemin au lieu de deux.

Implementation Notes- La commutation est généralement effectuée à l'aide d'un commutateur optique 1 × 2. La coordination est réalisée grâce à un protocole de signalisation rapide.

Anneau de commutation de ligne unidirectionnel optique (OULSR)

Le schéma est similaire au schéma OUPSR, sauf que le pontage et la sélection du signal sont effectués pour le signal WDM agrégé. Cela permet une conception plus optimisée, un coût moindre et des implémentations très différentes.

Implementation Notes- Une mise en œuvre de ce schéma est basée sur des coupleurs passifs qui font passer l'anneau optique dans un support de diffusion. Au lieu d'utiliser des OADM, ce schéma est basé sur des OLT simples, chacun étant couplé dans des anneaux à la fois dans le sens horaire et anti-horaire, de sorte que chacune des longueurs d'onde est transmise et reçue sur les deux fibres. Dans des conditions normales, la liaison est déconnectée artificiellement, résultant en un bus linéaire, lorsque la liaison à coupure de fibre est reconnectée.

Anneau à commutation de ligne bidirectionnelle

Ce schéma est similaire au schéma OBPSR dans les deux aspects du protocole et les actions de protection utilisées (commutation de portée et d'anneau). Comme tous les schémas de couche de ligne, le signal WDM agrégé est commuté en masse vers une fibre de protection dédiée (nécessitant quatre fibres), ou vers une bande WDM différente dans une seule fibre (autorisant seulement deux fibres, mais nécessitant un schéma de multiplexage optique à deux étages ). Ce schéma est également appelé anneau de protection partagée OMS (OMS / SPRing).

Implementation Notes- Comme la route de secours fait une boucle optique autour de l'anneau entier, des amplificateurs de ligne optique peuvent être nécessaires le long du chemin de secours pour compenser les pertes. La circonférence de l'anneau est également limitée par d'autres dégradations optiques. Par conséquent, cette option convient le mieux aux applications métropolitaines.

Protection / restauration de la ligne de maille

Ce schéma est basé sur des interconnexions entièrement optiques qui détournent le signal WDM d'une installation défaillante vers une autre route et retour vers l'autre extrémité de l'installation défaillante.

Implementation Notes - Comme l'OBLSR, ce schéma est limité par des dégradations optiques qui peuvent se développer le long d'itinéraires alternatifs et nécessite une conception optique soignée.

Prise en compte du choix du régime de protection

Les critères qui pourraient être utilisés par un opérateur pour sélectionner les schémas de protection à utiliser dans le réseau. Un tableau de décision simplifié à cet effet est illustré dans la figure suivante en supposant que l'équipement et la protection de ligne sont nécessaires.

Le coût de la protection

Un autre critère du point de vue du transporteur est le coût du système dans au moins deux aspects -

  • Coût de l'équipement
  • Efficacité de la bande passante

Ces deux facteurs dépendent de la combinaison de services du trafic, c'est-à-dire de la fraction du trafic à protéger par la couche optique.

La figure suivante montre le coût d'équipement des schémas de couche de conduit et des schémas de couche ligne équivalents en fonction de la composition du trafic. Si tout le trafic doit être protégé, les schémas de couche de chemin nécessitent environ deux fois l'équipement des schémas de couche ligne car il y a moins de partage d'équipements communs.

Cependant, le coût de la protection de la couche de chemin est proportionnel au nombre de canaux à protéger, car chaque canal nécessite un multiplexeur / démultiplexeur associé et un équipement de terminaison. Ainsi, le coût de la protection de la couche de chemin diminue si moins de canaux doivent être protégés. Dans le cas où aucun canal n'a besoin d'être protégé, les schémas de couche de conduit coûteront à peu près le même prix que les schémas de couche ligne, en supposant qu'aucun équipement commun supplémentaire n'est déployé.

L'histoire est différente du point de vue de l'efficacité de la bande passante, comme le montre la figure suivante. Dans un système protégé par ligne, la bande passante de protection est consommée pour les chemins lumineux qui nécessitent une protection ainsi que pour ceux qui ne nécessitent pas de protection. Dans les systèmes de protection de chemin, les chemins lumineux qui ne nécessitent pas de protection peuvent utiliser de la bande passante, ce qui permet à d'autres chemins lumineux non protégés d'utiliser la bande passante qui aurait autrement été gaspillée en protection indésirable.

Il s'ensuit que si une grande partie des trajets lumineux pouvait être laissée sans protection, la protection de couche de chemin récupère le coût en prenant en charge plus de trafic de travail sur le même réseau que la protection de couche de ligne.