Technologia Elastycznej Siatki

Potrzeba elastyczności w sieciach WDM

Tradycyjne sieci WDM działają w oparciu o sztywną siatkę kanałów. Każdy kanał ma z góry określony odstęp, na przykład 50 GHz. Usługa o niskiej przepływności zajmuje cały kanał, a usługa o wyższej przepływności może wymagać dwóch kanałów, choć oba przypadki wykorzystują przydzielone pasmo w różnym stopniu.

Stała szerokość kanału utrudnia dopasowanie przydziału do wymagań sygnału i pozostawia część widma niewykorzystaną. W koncepcji elastycznej siatki kanał zestawia się z sąsiednich jednostek widma o granulacji 12,5 GHz. Elastyczne Sieci Optyczne (EON) mogą wtedy przydzielać pasmo zgodnie z zapotrzebowaniem na ruch, formatem modulacji i wymaganym zasięgiem.

Parametry elastycznej siatki

W elastycznej siatce kanał optyczny opisuje się za pomocą nominalnej częstotliwości centralnej oraz szerokości szczeliny częstotliwościowej. Pierwszy parametr wskazuje położenie przydzielanego zakresu widma, a drugi określa jego szerokość. Przydział może więc odpowiadać wymaganiom danego sygnału.

Szczelina częstotliwościowa

Zgodnie z ITU-T G.694.1 szczelinę częstotliwościową określają dwa niezależne parametry. Są nimi nominalna częstotliwość centralna $f_c$ oraz szerokość szczeliny $\Delta f$.

• Szerokość szczeliny: $\Delta f = m \times 12{,}5 \text{ GHz}$, gdzie $m$ jest dodatnią liczbą całkowitą. Granulacja szerokości szczeliny wynosi 12,5 GHz, więc dopuszczalne szerokości są jej całkowitymi wielokrotnościami.
• Nominalna częstotliwość centralna: $f_c = 193{,}1 \text{ THz} + n \times 6{,}25 \text{ GHz}$, gdzie $n$ jest dodatnią lub ujemną liczbą całkowitą albo zerem. Odstęp 6,25 GHz wyznacza położenia częstotliwości centralnej. Szerokość szczeliny jest wielokrotnością 12,5 GHz.

Budowa kanału optycznego

W elastycznej siatce kanał optyczny jest zestawiany na żądanie przez przydzielenie określonej liczby sąsiednich jednostek widma. Wielkość przydziału wynika z wymaganej przepływności, formatu modulacji i parametrów transmisji. RFC 7698 opisuje RSA jako wyznaczenie trasy oraz przydzielenie częstotliwości centralnej i szerokości szczeliny na podstawie żądania i dostępnego widma na łączach trasy.

• Alokacja ciągła: Szczeliny częstotliwościowe ($N$) przypisane do jednego połączenia muszą być ciągłe, co oznacza, że tworzą nieprzerwany blok widma. Nie można przydzielić szczelin 1, 2 i 5 do tego samego kanału, pomijając 3 i 4.
• Zmienna szerokość: Całkowita szerokość kanału zależy od liczby bazowych jednostek widma ($N$), które on zajmuje.

  $\text{Szerokość kanału} = N \times \Delta f_{\text{slot}}$

  W tym wzorze $N$ oznacza liczbę sąsiednich jednostek, a $\Delta f_{\text{slot}} = 12{,}5 \text{ GHz}$ oznacza granulację jednostkową.

• Pasmo ochronne (Guard Band): Między sąsiednimi kanałami można pozostawić niewykorzystany zakres widma, aby ograniczyć interferencję międzykanałową. Może on obejmować jedną lub więcej pustych jednostek widma. Załącznik I ITU-T G.694.1 pokazuje też sytuację, w której po przydzieleniu dodatkowego slotu 50 GHz pozostaje 6,25 GHz nieprzydzielonego widma. pasmo ochronne. W praktyce realizuje się je przez pozostawienie pustych jednostek między blokami zajmowanymi przez dwa różne połączenia.

Ograniczenia alokacji widma

Elastyczna siatka wiąże się z dwoma ograniczeniami alokacji. Pierwsze dotyczy sąsiedztwa szczelin na pojedynczym łączu, a drugie zachowania efektywnego zakresu częstotliwości na całej ścieżce.

1. Warunek spójności widma na łączu

Szczeliny przydzielone jednemu połączeniu na dowolnym łączu światłowodowym muszą tworzyć jeden spójny i nieprzerwany blok. Jeśli połączenie wymaga szczelin 1, 2 i 5, przydział nie spełnia warunku, ponieważ brakuje szczelin 3 i 4. Przełączniki i filtry optyczne są projektowane do obsługi jednego ciągłego zakresu częstotliwości.

2. Warunek ciągłości widma na ścieżce

Jeżeli węzły nie mają funkcji przesuwania ani konwersji przydzielonego zakresu widma, połączenie optyczne przebiegające przez wiele łączy musi zachować ten sam efektywny zakres częstotliwości na całej trasie. RFC 7698 opisuje taki wymóg jako warunek ciągłości widma. Lokalne wartości $n$ i $m$ mogą różnić się między odcinkami, jeśli przydzielone lokalnie szczeliny mają część wspólną tworzącą prawidłowy zakres efektywny. Ograniczenia sprzętowe wpływają na dostępne wartości. Zakres efektywny od końca do końca musi pozostać zgodny z wymaganiem połączenia. Dla połączenia od Węzła A przez B i C do D ten zakres musi być dostępny na każdym odcinku, jeśli węzły nie konwertują widma.

W przykładzie trasy z Gdańska do Krakowa i autostrady A1 numer 3 oznacza wybrany zasób. W sieci optycznej odpowiednikiem jest indeks efektywnego zakresu, który bez konwersji widma pozostaje taki sam na kolejnych łączach.

Przyczyna ograniczenia: RFC 7698 wskazuje ograniczoną dostępność konwerterów widma jako powód, dla którego warunek ciągłości trzeba uwzględniać. Przełącznik optyczny (BV-OXC) może przekierować blok światła z wejścia na wyjście, ale zmiana jego położenia w widmie wymaga funkcji konwersji. Znalezienie wspólnego, ciągłego bloku wolnych szczelin na długiej, wieloetapowej ścieżce pozostaje częścią problemu trasowania i alokacji widma (RSA) RSA, a rozproszenie wolnych bloków może prowadzić do fragmentacji widma.