Architektura Sieci EON

Od WDM ze sztywną siatką do elastycznych sieci optycznych

Architektura sieci określa jej komponenty, funkcje i interfejsy. Tradycyjne sieci wykorzystywały kanały częstotliwościowe o stałej szerokości. Elastyczne Sieci Optyczne (EON) wprowadzają elastyczną siatkę, w której szczeliny częstotliwościowe przydzielone połączeniu mogą mieć różne szerokości. Transponder, węzły przełączające i płaszczyzna sterowania muszą skoordynować tę alokację.

EON rozdziela funkcje adaptacji danych klienta, przełączania optycznego i sterowania. Trzy grupy funkcjonalne tworzą adaptacyjne transpondery brzegowe, elastyczne węzły przełączające w rdzeniu oraz płaszczyzna sterowania, która oblicza lub rozprowadza parametry połączenia. W elastycznej siatce szczelina częstotliwościowa jest określona przez nominalną częstotliwość środkową i szerokość. ITU-T G.694.1 kotwiczy nominalne częstotliwości środkowe przy 193,1 THz, stosuje dla nich krok 6,25 GHz oraz krok 12,5 GHz dla szerokości szczeliny, dzięki czemu widmo można dopasować do profilu sygnału.

Filary Architektury EON

Architekturę EON zazwyczaj przedstawia się jako system warstwowy, w którym dane klienta są dopasowywane do elastycznej optycznej warstwy transportowej.

Elementy brzegowe: transpondery o zmiennej przepływności (BVT):BVT łączy się ze sprzętem klienta, takim jak router IP o dużej przepustowości, i odwzorowuje sygnał klienta na nośną optyczną. W obsługiwanych trybach może dostosować modulację, szybkość symbolową, konfigurację podnośnych i zajęte widmo do wymagań połączenia.
Elementy rdzenia: przełącznice optyczne o zmiennej przepływności (BV-OXC):BV-OXC jest węzłem przełączającym rdzenia EON. Może kierować kanał optyczny lub ciągły blok elastycznych szczelin częstotliwościowych między dostępnymi portami wejściowymi i wyjściowymi. W przeciwieństwie do węzła ze sztywną siatką, jego pasmo przełączania może odpowiadać przydzielonemu widmu.
Płaszczyzna sterowania: funkcje SDN, GMPLS i PCE:Płaszczyzna sterowania odbiera żądania połączeń i oblicza lub rozprowadza parametry trasowania, modulacji i widma. Kontroler SDN albo rozwiązanie GMPLS/PCE może utrzymywać obraz topologii i zasobów, a następnie konfigurować BVT oraz BV-OXC. Architektura sterowania może być scentralizowana, rozproszona lub hybrydowa.

Szczegółowy opis komponentów architektury

Transponder o zmiennej przepływności (BVT)

BVT generuje sygnał dla przydzielonego kanału elastycznej siatki. Jego programowalne tryby pozwalają dostosować:

Formatu modulacji: Wybiera obsługiwany format, na przykład od BPSK do 64-QAM, na podstawie warunków ścieżki i docelowej jakości sygnału. Dłuższa ścieżka zwykle wymaga bardziej odpornego, mniej wydajnego widmowo formatu.
Szybkości symbolowej (baud): Reguluje szybkość symbolową, która wpływa na zajęte pasmo i osiągalną przepływność.
Liczby podnośnych optycznych: Wykorzystując technologie takie jak , może agregować zmienną liczbę podnośnych w superkanał o wybranej szerokości widmowej.

Pozwala to BVT tworzyć sygnał zajmujący np. 3 lub 7 szczelin częstotliwościowych albo inną liczbę dopuszczoną przez transponder i siatkę. ITU-T G.694.1 określa dla szerokości szczeliny krok 12,5 GHz. Wybrana szerokość musi obejmować widmo sygnału, margines filtrowania i wymagane pasmo ochronne.

Przełącznica optyczna o zmiennej przepływności (BV-OXC)

BV-OXC realizuje elastyczne przełączanie w rdzeniu EON. Jego kluczowym komponentem jest przełącznik selektywny długości fali (WSS), który może wykorzystywać ciekłe kryształy na krzemie (LCoS), systemy mikro-elektromechaniczne (MEMS) lub inną implementację.

WSS może pobrać wielokanałowy sygnał WDM i niezależnie przekierować kanał albo, w EON, ciągły blok szczelin częstotliwościowych do dostępnego portu wyjściowego. BV-OXC może na przykład:

Przekierowanie 4-szczelinowego kanału z wejścia 1 na wyjście 3.
Jednoczesne przekierowanie 7-szczelinowego kanału z wejścia 1 na wyjście 5.
Przepuszczenie pozostałych kanałów bez zmian.

Takie przełączanie bloków widmowych o zmiennej szerokości pozwala rdzeniowi EON zachować zgodność z widmem przydzielonym dla poszczególnych połączeń. Jeżeli węzeł nie potrafi konwertować widma, przydzielona szczelina musi spełniać ograniczenie ciągłości na każdym łączu.

Ustanawianie połączenia w EON

Ustanowienie połączenia koniec-koniec w EON koordynuje żądanie klienta, profil warstwy fizycznej i stan widma. Poniższy przykład dotyczy żądania 350 Gb/s między centrum danych w Londynie a biurem korporacyjnym we Frankfurcie. Profil liczbowy jest przykładowy, ponieważ użyteczna przepływność zależy od szybkości symbolowej, FEC, liczby polaryzacji i marginesów implementacji.

Krok 1: Żądanie dociera.Żądanie określa źródło (Londyn), cel (Frankfurt) i wymaganą przepływność (350 Gb/s). Trafia do wybranej funkcji płaszczyzny sterowania.
Krok 2: Obliczenie ścieżki (trasowanie).Kontroler sprawdza stan topologii i zasobów, a następnie oblicza ścieżki kandydujące. Jedną z możliwych ścieżek głównych jest Londyn → Amsterdam → Frankfurt o łącznej długości 950 km, wraz z dłuższą ścieżką zapasową.
Krok 3: Wybór formatu modulacji.Kontroler ocenia model ścieżki, uwzględniając tłumienie, szum i docelową stopę błędów. O wyborze formatu decyduje pełny zestaw parametrów transmisyjnych, a odległość jest tylko jednym z nich. W tym przykładzie dane o parametrach wskazują, że może spełnić wymagania jakości sygnału na wybranej ścieżce.
Krok 4: Obliczenie szerokości widma.W obliczeniu przyjmijmy, że wybrany profil transpondera przenosi 37,5 Gb/s w każdej szczelinie 12,5 GHz przy 8-QAM. Ten profil służy wyłącznie do obliczenia przykładu. Rzeczywista pojemność zależy od parametrów transpondera i toru. Kontroler oblicza liczbę szczelin dla 350 Gb/s.
$N_{szczelin} = \lceil \frac{350 \text{ Gb/s}}{37.5 \text{ Gb/s/szczelinę}} \rceil = \lceil 9.33 \rceil = 10 \text{ szczelin}$
Następnie rezerwuje pasmo ochronne, co w tym przykładzie wymaga 11 sąsiadujących szczelin częstotliwościowych, czyli 137,5 GHz widma.
Krok 5: Alokacja widma.Kontroler szuka 11 ciągłych szczelin wolnych jednocześnie na łączu Londyn-Amsterdam i Amsterdam-Frankfurt. Bez konwersji widma ten sam blok musi zachować ciągłość na całej ścieżce. Heurystyka First-Fit może wybrać blok wyśrodkowany na 193,5 THz, jeżeli spełnia on także ograniczenia filtrowania i pasma ochronnego.
Krok 6: Konfiguracja sprzętu.Kontroler przekazuje wybrane parametry urządzeniom fizycznym:
- Do BVT w Londynie: skonfiguruj superkanał 8-QAM wyśrodkowany na 193,5 THz i zajmujący 11 szczelin.
- Do BV-OXC w Amsterdamie: skonfiguruj WSS tak, aby przełączył blok 11 szczelin z portu londyńskiego na port frankfurcki.
- Do BVT we Frankfurcie: dostrój odbiornik do 193,5 THz i przygotuj demodulację sygnału 8-QAM zajmującego 11 szczelin.
Krok 7: Połączenie aktywowane.Po potwierdzeniu ustawień przez urządzenia BVT w Londynie rozpoczyna nadawanie, a ścieżka optyczna 350 Gb/s staje się aktywna.