Silnik Elastycznej Sieci

Wyobraź sobie tradycyjną sieć optyczną jako system kolejowy, w którym każdy pociąg ma taką samą liczbę wagonów i porusza się z dokładnie tą samą prędkością. To jest świat tradycyjnych transponderów w sieciach WDM o sztywnej siatce. Transponder to urządzenie na brzegu sieci, które działa jak „lokomotywa” – pobiera dane klienta (np. z przełącznika Ethernet lub routera), konwertuje je na sygnał optyczny o określonym kolorze (długości fali) i wysyła na autostradę światłowodową. W świecie sztywnej siatki, ta lokomotywa ma stałą moc i może ciągnąć stały ładunek (np. 10 Gb/s lub 100 Gb/s). Prowadzi to do ogromnej nieefektywności, gdy rzeczywisty ładunek (strumień danych klienta) jest znacznie mniejszy lub nie do końca pasuje.

Transponder o Zmiennej Szerokości Pasma (BVT) to rewolucyjny, nowej generacji silnik zaprojektowany dla Elastycznych Sieci Optycznych (EON). Zamiast być silnikiem o stałej prędkości i stałej pojemności, BVT to wysoce adaptacyjne urządzenie, które potrafi dynamicznie dostosowywać swoje parametry, aby idealnie pasować do potrzeb danych, które ma transportować. To kluczowy element sprzętowy, który tchnie życie w koncepcję elastycznej siatki.

Podstawowe Zdolności Transpondera o Zmiennej Szerokości Pasma

BVT osiąga swoją elastyczność dzięki programowalnej kontroli nad kilkoma kluczowymi parametrami transmisji. Można o nim myśleć jak o definiowanym programowo nadajniku optycznym, który łączy w sobie funkcje regulowanego silnika, zaawansowanej skrzyni biegów i inteligentnego planisty logistycznego.

• Adaptacyjny Format Modulacji: To jest „skrzynia biegów” BVT. Transponder może zmieniać format modulacji sygnału optycznego. Może przełączać się między prostymi, odpornymi formatami, jak BPSK (przesyłając 1 bit na symbol) dla bardzo dużych odległości, a wysoce złożonymi, wydajnymi widmowo formatami, jak 64-QAM (przesyłając 6 bitów na symbol) dla krótszych dystansów. Pozwala to na bezpośrednią wymianę między szybkością transmisji a zasięgiem.
• Strojenie Szybkości Symbolowej (Baud Rate): Szybkość Symbolowa, czyli Baud Rate, określa, ile symboli jest wysyłanych na sekundę. BVT może regulować tę szybkość. Zwiększenie szybkości symbolowej bezpośrednio zwiększa szerokość pasma sygnału, ale pozwala również na wyższą przepływność przy tym samym formacie modulacji.
• Elastyczna Liczba Nośnych i Ich Odstępy: Nowoczesne BVT są często oparte na Multipleksacji z Ortogonalnym Podziałem Częstotliwości (OFDM). Pozwala to na tworzenie sygnału nie z jednej wiązki laserowej (nośnej), ale z wielu, gęsto upakowanych podnośnych. BVT może dynamicznie zmieniać liczbę używanych podnośnych i ich odstępy, aby stworzyć sygnał końcowy o precyzyjnie dopasowanej szerokości widmowej.

Inteligentnie łącząc te trzy zdolności, BVT może wygenerować sygnał optyczny, który ma dokładnie tyle pasma, ile trzeba, aby przenieść strumień danych klienta, przy użyciu formatu modulacji, który jest wystarczająco odporny, aby dotrzeć do celu z akceptowalną jakością.

Kompromis Przepływność-Zasięg: Fundamentalne Prawo

Główna decyzja, jaką musi podjąć BVT, jest podyktowana fundamentalnym prawem komunikacji: kompromisem między szybkością transmisji danych a zasięgiem. Można przesyłać dużo danych szybko na krótką odległość lub mniej danych wolniej na bardzo dużą odległość, ale nie można mieć obu tych rzeczy naraz przy tej samej mocy. Dzieje się tak, ponieważ złożone formaty modulacji są bardziej podatne na szum, który kumuluje się wraz z dystansem.

BVT pozwala operatorowi sieci na dynamiczne nawigowanie po tym kompromisie dla każdego pojedynczego połączenia, zgodnie z zasadą często nazywaną "prawem połowy dystansu":

„Każdy dodatkowy bit na symbol dodany do formatu modulacji skraca maksymalny osiągalny dystans transmisji o około połowę.”

BVT, sterowany przez płaszczyznę sterowania sieci, może zatem zestawić połączenie z Warszawy do Berlina (~600 km) używając umiarkowanego formatu jak 16-QAM, podczas gdy krótsze połączenie z Warszawy do Łodzi (~130 km) może wykorzystać znacznie wydajniejszy format jak 64-QAM, maksymalizując wykorzystanie widma na każdej trasie.

Rola BVT w Architekturze EON

W ogólnej architekturze EON, BVT działa jako inteligentne urządzenie brzegowe lub brama, łącząca elektroniczny świat danych klienta z elastycznym, optycznym światem transportu sieciowego.

Proces ustanawiania połączenia przebiega następująco:

1. Pojawia się żądanie połączenia (np. utworzenia łącza 175 Gb/s między dwoma centrami danych).
2. Centralny kontroler sieci, czyli płaszczyzna sterowania, wykonuje obliczenia Trasowania i Alokacji Widma (RSA). Określa najkrótszą dostępną ścieżkę fizyczną i na podstawie jej długości wybiera najbardziej wydajny widmowo format modulacji, który może zagwarantować jakość sygnału na tym dystansie.
3. Kontroler następnie oblicza liczbę szczelin częstotliwościowych potrzebnych dla sygnału 175 Gb/s przy użyciu wybranego formatu modulacji.
4. Na koniec kontroler wysyła polecenia konfiguracyjne do wszystkich odpowiednich urządzeń:
   • Instruuje źródłowy BVT, aby wygenerował sygnał optyczny z użyciem wybranego formatu modulacji, zajmujący obliczoną liczbę szczelin i wyśrodkowany na określonej częstotliwości.
   • Instruuje wszystkie pośredniczące BV-OXC wzdłuż ścieżki, aby skonfigurowały swoje wewnętrzne przełączniki w celu utworzenia ciągłej ścieżki optycznej dla tego konkretnego bloku szczelin częstotliwościowych.
   • Instruuje docelowy BVT, aby dostroił swój odbiornik do właściwej częstotliwości i przygotował się do demodulacji sygnału o określonym formacie.

Po skonfigurowaniu BVT rozpoczyna nadawanie i elastyczne połączenie zostaje ustanowione. Cały ten proces może być zautomatyzowany i zakończony w kilka sekund, co pozwala na dynamiczne i na żądanie udostępnianie pasma optycznego.