Węzły sieci optycznej
Łącze światłowodowe punkt-punkt łączy dwa zakończenia, natomiast sieć transportowa zawiera wiele połączonych łączy. Węzły kończą, przekazują, dodają, usuwają lub przełączają kanały optyczne w punktach połączeń. Urządzenia te nazywa się węzłami sieci optycznej.
Zależnie od typu węzeł może regenerować zdegradowany sygnał, wybierać długości fal do lokalnego dodawania i usuwania albo przełączać połączenia optyczne między portami. Różne urządzenia i moduły realizują różne funkcje, dlatego jeden węzeł nie musi wykonywać wszystkich operacji. Razem funkcje te łączą włókna w zarządzaną sieć komunikacyjną.
Regeneratory sygnału i zasięg optyczny
Podczas transmisji przez długi odcinek włókna moc sygnału maleje wskutek . Kształt przebiegu może zmieniać się pod wpływem i szumu. Regenerator to węzeł przywracający sygnał, gdy skumulowane zakłócenia przekraczają margines systemu liniowego lub odbiornika.
Regeneracja optoelektroniczna (O-E-O)
Szeroko stosowana forma regeneracji wykorzystuje konwersję optoelektroniczną z trzema etapami funkcjonalnymi:
- Konwersja optyczno-elektryczna (O/E): Przychodzący sygnał optyczny jest wykrywany i przekształcany w sygnał elektryczny, na przykład za pomocą fotodiody i układów odbiornika.
- Regeneracja 3R w domenie elektrycznej: Sygnał elektryczny jest przetwarzany z użyciem trzech funkcji określanych jako „3R”:
- Re-amplifying (wzmocnienie): Amplituda sygnału jest przywracana do poziomu wymaganego przez etap przetwarzania elektrycznego.
- Re-shaping (odtworzenie kształtu): Układ decyzyjny i przetwarzania sygnału odtwarza zamierzony przebieg symbolu na podstawie odebranego sygnału.
- Re-timing (odtworzenie taktowania): Układ odzyskiwania zegara szacuje taktowanie symboli i ogranicza błędy czasowe przed wygenerowaniem nowego sygnału. Nie usuwa każdego źródła jittera.
- Konwersja elektro-optyczna (E/O): Przetworzony sygnał elektryczny steruje źródłem optycznym lub modulatorem i tworzy nowy sygnał optyczny dla kolejnego odcinka włókna.
Regeneracja O-E-O odtwarza amplitudę, kształt i taktowanie. Jej wykonanie wymaga elektronicznego przetwarzania danego formatu sygnału. Obsługiwana przepływność, modulacja i liczba kanałów zależą od zainstalowanej elektroniki i mogą ograniczać pojemność węzła.
Przetwarzanie całkowicie optyczne
Przetwarzanie całkowicie optyczne badano jako sposób realizacji wybranych funkcji regeneracji bez konwersji O-E-O. W demonstracjach wykorzystuje się urządzenia o nieliniowej odpowiedzi optycznej, w tym nieliniową bramkę optyczną. Zakres regeneracji zależy od formatu sygnału i konstrukcji węzła, dlatego pełne 3R wymaga osobnej weryfikacji dla konkretnego urządzenia.
Nieliniowa bramka może mieć charakterystykę transferu mocy w kształcie litery "S" w określonym zakresie pracy. Zależnie od urządzenia i punktu polaryzacji może ograniczać małe wahania poziomu oraz moc sygnałów o wysokim poziomie. Może to poprawiać jakość przebiegu w domenie optycznej, lecz charakterystyka, szumy i użyteczna przepływność zależą od urządzenia.
Węzły WDM: OADM i OXC
W sieciach wykorzystujących kilka nośnych optycznych współdzieli jedno włókno. Węzły sieci dodają lub usuwają wybrane nośne oraz przełączają połączenia optyczne między portami wejściowymi i wyjściowymi.
OADM (optyczny multiplekser add/drop): lokalne dodawanie i usuwanie
OADM selektywnie usuwa (drop) jedną lub więcej długości fal ze strumienia WDM i wstawia (add) lokalne dane na te lub inne dostępne długości fal. Pozostałe kanały przechodzą przez urządzenie z uwzględnieniem strat wtrąceniowych, filtracji i parametrów przeniku.
Umożliwia to utworzenie punktu dostępu na długiej trasie lub w metropolitalnej sieci pierścieniowej. Ruch lokalny może być dodany albo usunięty, a pozostałe kanały mogą kontynuować transmisję. Rekonfigurowalny OADM, określany jako ROADM, wykorzystuje zdalnie sterowane elementy selektywne widmowo. Wybór długości fali steruje operacją add i drop, natomiast trasowanie end-to-end zależy także od topologii, konfiguracji węzłów i płaszczyzny sterowania.
OXC (przełącznica optyczna): węzeł przełączający
OXC jest optyczną matrycą przełączającą, która łączy porty wejściowe z wyjściowymi. Zależnie od architektury może przełączać pojedyncze długości fal, grupy długości fal albo całe strumienie włókien. Granularność przełączania i obsługa funkcji elastycznej siatki zależą od urządzenia.
OXC stosuje się w węzłach szkieletowych i transportowych. Do zadań OXC należą:
- Łączenie głównych segmentów sieci (np. różnych pierścieni WDM).
- Dynamiczna rekonfiguracja topologii sieci w celu dostosowania do zmieniających się wzorców ruchu.
- Zapewnienie ochrony i odtwarzania poprzez przekierowanie ruchu wokół awarii, z czasem reakcji określonym przez architekturę przełączania i sterowania.
Wymagania stawiane węzłom sieci optycznej
Aby OADM i OXC działały niezawodnie, konstrukcja węzła musi spełniać wymagania optyczne, operacyjne i dotyczące skalowania:
- Niskie straty wtrąceniowe i przeniki: Węzeł powinien mieścić się w budżecie mocy sygnału. Przenik, czyli wyciek sygnału z jednego kanału do drugiego, musi pozostawać w granicy określonej dla danej modulacji i odbiornika.
- Parametry polaryzacyjne: Węzeł i jego interfejsy koherentne muszą spełniać wymagania dotyczące zależności od polaryzacji dla danego systemu liniowego. Stan polaryzacji może zmieniać się podczas propagacji, dlatego konstrukcja musi uwzględniać tę zmienność.
- Niezawodność i skalowalność: Jako elementy infrastruktury węzły muszą spełniać określony cel dostępności i mieć elementy możliwe do utrzymania. Konstrukcja powinna pozwalać dodawać porty, kanały lub stopnie w granicach platformy.
- Czas przełączania: Szybkość przełączania OXC musi odpowiadać funkcji uruchamiania usługi, odtwarzania lub ochrony. Czas reakcji może wynikać z płaszczyzny sterowania albo z szybszej ochrony sprzętowej, zależnie od technologii.
- Zdalne zarządzanie: Wdrożenia transportowe zwykle udostępniają funkcje konfiguracji, monitorowania i diagnozowania węzłów przez system NMS. Zakres operacji i automatyzacji zależy od platformy dostawcy.