WDM/OTN: Übertragungstechnologie mit hoher Kapazität für Netzwerkdaten

Wir nutzen täglich Mobiltelefone und Computer, um auf Facebook zu posten und Videos anzusehen. Diese einfachen täglichen Aktivitäten erfordern die Unterstützung eines Transportsystems mit großer Kapazität. Andernfalls können die Inhalte von Facebook und Videos nicht korrekt auf Ihrem Mobiltelefon oder Computermonitor angezeigt werden. In diesem Transportsystem mit großer Kapazität ist WDM/OTN eine wichtige Technologie.

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WDM (Wavelength Division Multiplexing) ist eine Technologie, die unterschiedliche Lichtwellen zur Übertragung unterschiedlicher Dienste nutzt und mehrere Dienste gleichzeitig in derselben Glasfaser überträgt. OTN (Optical Transport Network) kann als optimierte und aktualisierte Version von WDM angesehen werden. Lassen Sie uns im Folgenden über diese beiden Technologien sprechen.

 

Was ist WDM?

Wenn man die Glasfaser mit einer Autobahn vergleicht, werden die Lichtwellen, die zur Übertragung von Diensten im WDM-System verwendet werden, mit Lastkraftwagen verglichen. Verschiedene Übermittlungsdienste wie Facebook und Videos entsprechen zu transportierenden Paketen, die direkt auf verschiedene LKWs verladen werden. Wenn diese Lastwagen unabhängig von der Fahrspur alle in der Glasfaserübertragung herumschwärmen, führt dies zu Chaos und Unordnung auf der gesamten Schnellstraße und beeinträchtigt die Übertragungseffizienz. Mit WDM können verschiedene Übertragungsdienste gleichzeitig über dieselbe Glasfaser übertragen werden. Dies entspricht der Aufteilung der Fahrspuren für verschiedene Fahrzeuge auf der Autobahn, sodass verschiedene Autos gleichzeitig auf unterschiedlichen Fahrspuren fahren können, was die Übertragungseffizienz verbessert.

Simulationsdiagramm einer optischen Faser

Gleichzeitig ist es für einen reibungslosen Verkehr notwendig, Fahrspuren zu unterscheiden, damit verschiedene Fahrzeuge ihren eigenen Weg gehen können. Ähnlich wie bei der Unterteilung in große Fahrspuren und kleine Fahrspuren auf Autobahnen werden die Fahrspuren im WDM-System in zwei Typen unterteilt: CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) und DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing). Ersteres hat ein größeres Spurintervall (Wellenlängenintervall), im Allgemeinen 20 nm, während letzteres klein ist und im Allgemeinen weniger als 0.8 nm beträgt.

 

Woraus besteht ein WDM-System?

Ermöglicht WDM die gleichzeitige Übertragung verschiedener Dienste auf einer Glasfaser, solange die Leitungen geteilt sind? So einfach ist die Sache nicht, werfen wir einen Blick darauf, wie WDM das macht!

Fachlich gesehen besteht ein WDM-System im Allgemeinen aus einer OTU (Optical Transponder Unit), einer MUX/DEMUX-Einheit, einem Überwachungskanal und einer optischen Verstärkereinheit.

Simulationsdiagramm von das WDM-System

Wie arbeiten dann die verschiedenen Teile von WDM zusammen, um die Übertragung von Diensten zu vervollständigen? Werfen wir einen Blick auf den Übertragungsprozess von Diensten in WDM.

1. Damit Dienste in WDM übertragen werden können, ist es zunächst erforderlich, die Dienste an das dedizierte Fahrzeug von WDM (dh die OTU-Einheit) zu senden und diese Dienstsignale in von WDM erkannte optische Signale mit Standardwellenlänge umzuwandeln.
2. Die Standardwellen-Lichtsignalfahrzeuge, die die Dienste transportieren, fahren zum Kontrollpunkt (dh zur Multiplexeinheit) und werden durch den Kontrollpunkt auf verschiedenen Spuren angeordnet. Jedes Fahrzeug fährt gleichzeitig auf einer Spur der Autobahn.
3. Der Fahrstatus des Fahrzeugs muss vom Cruiser, also vom Überwachungskanal, überwacht werden, um eine normale Serviceübertragung sicherzustellen.
4. Bei langen Transportwegen ist es außerdem erforderlich, das Fahrzeug in dieselbe Tankstelle einfahren zu lassen, d. h. das Servicesignal über die optische Verstärkereinheit zu regenerieren und zu verstärken, um sicherzustellen, dass der Service beim Ferntransport nicht beschädigt wird.
5. Wenn der Dienst zur Endstation transportiert wird, verlässt das Fahrzeug die Inspektionsstation (dh die Demultiplexeinheit) und wird zum entsprechenden Ausgang des empfangenden Kundenterminals umgeleitet. Der Dienst wird aus dem Fahrzeug entladen, das heißt, über die OTU-Einheit in ein Kundendienstsignal (dh ein Dienstsignal ohne Wellenlängeninformationen) umgewandelt und an den Kunden gesendet.

Was ist OTN?

Aus der obigen Einführung können wir schließen, dass der größte Vorteil der WDM-Technologie darin besteht, dass sie die Ressourcen optischer Fasern optimal nutzt und eine Datenübertragung mit großer Kapazität ermöglichen kann. Allerdings hat WDM auch folgende Nachteile:

• Wenn das Servicepaket auf dem WDM-Fahrzeug während des Transports einen Fehler aufweist, gibt es keine Möglichkeit, ihn zu identifizieren. Das heißt, das WDM-System ist nur unzureichend in der Lage, Dienste zu überwachen, zu verwalten, zu betreiben und aufrechtzuerhalten.
• Wenn ein Dienst auf dem festgelegten Kanal des WDM-Systems übertragen wird, kann der Kanal nicht von anderen Diensten genutzt werden, was zu einer Verschwendung von Ressourcen führt. Es ist, als ob die Fahrspur jedes Fahrzeugs auf der Autobahn festgelegt ist. Auch wenn die Fahrspur frei ist, können andere Fahrzeugtypen diese Fahrspur nicht benutzen.

Mit der Entwicklung von Kommunikationsnetzen hat die Datenmenge im Datennetz rapide zugenommen, und Experten müssen das Potenzial von WDM weiter ausbauen und seine Fähigkeiten von WDM verbessern, sodass eine neue Technologie geboren wurde – OTN.

Wie bereits erwähnt, ähnelt das WDM-System dem Autobahnverkehrssystem und das OTN ist dessen verbesserte Version. Die verbesserten Funktionen spiegeln sich hauptsächlich in den folgenden zwei Aspekten wider:

• Fügen Sie Betriebs- und Wartungsregeln hinzu. Die konkreten Maßnahmen bestehen darin, die Rahmenstruktur zu erweitern, um die Überwachungs-, Verwaltungs- sowie Betriebs- und Wartungsfunktionen des Dienstes zu verbessern.

Das Vergleichsdiagramm des WDM- und OTN-Systems

Aus dem vereinfachten WDM- und OTN-Systemvergleichsdiagramm oben ist Folgendes ersichtlich:

Im WDM-System wird der Dienst ohne Wellenlängeninformationen, der in das WDM-System gelangt, lediglich in einen Dienst mit Wellenlängeninformationen umgewandelt und zur Übertragung in das System gestellt. Das heißt, das WDM-System verfügt über keinen Überwachungsmechanismus für die übertragenen Dienste und stellt lediglich sicher, dass die Dienste an die Empfängerseite übertragen werden können.

Im OTN-System wird eine Reihe von Regeln für die Bereitstellung von Diensten in das OTN-System bereitgestellt, nämlich die sogenannten Rahmenstrukturanforderungen. Die in das OTN-System eingegebenen Dienste werden gemäß den Anforderungen der OTN-Rahmenstruktur gepackt, d. h. es werden Überwachungs-, Verwaltungs-, Betriebs- und Wartungsinformationen hinzugefügt. Anschließend werden die Dienste in Dienste mit Wellenlängeninformationen umgewandelt und zur Übertragung an das OTN-System gesendet.

• Eine elektrische Crossover-Funktion wurde hinzugefügt, so dass die OTN-System kann Kundendienstsignale bzw. WDM-Signale verarbeiten.

Die elektrische Crossover-Funktion

Wie oben erwähnt, müssen die Kundendienstsignale in Wellenlängenteilungssignale umgewandelt werden, damit das WDM-System Kundendienste übertragen kann. Wenn das herkömmliche WDM-System diese Funktion verarbeitet, wird sie direkt über dieselbe einzelne Platine implementiert, und jeder Kundendienst muss einen Lichtwellenträger belegen. Wenn es im Netzwerk immer mehr Arten von Kundendiensten gibt, müssen zur Übertragung dieser Dienste im WDM-System neue Karten für die Übertragung dieser Dienste entwickelt werden, was die Kosten für den Netzwerkaufbau erhöht.

Andererseits werden diese Dienste auch mehr Lichtwellen belegen, was zu Ressourcenknappheit führt. Daher führt das OTN-System eine elektrische Crossover-Funktion ein, die dem Hinzufügen eines Frachtabfertigungszentrums zum traditionellen WDM-Transportsystem gleichkommt. Das Frachtabfertigungszentrum verpackt und versendet verschiedene Waren (dh verschiedene Dienstleistungen), die in das OTN-Transportsystem gelangen, in verschiedene Fahrzeuge (dh sie transportieren sie mit unterschiedlichen Lichtwellen).

das Cargo Dispatch Center

Der Vorteil des Frachtversandzentrums besteht darin, dass beim Hinzufügen eines neuen Kundendienstes zum Netzwerk nur die kundenseitige Einzelkarte hinzugefügt werden muss, die auf den neuen Dienst zugreift. Und der bestehende Einzelkarten-Transportdienst auf der Streckenseite wird ausgeliehen, was die Kosten für den Netzaufbau einspart. Wenn die LKWs auf einer bestimmten Spur stillstehen, kann das Frachtabfertigungszentrum die LKWs jederzeit mit Kundendienstleistungen beladen, um zu vermeiden, dass die LKWs auf der Spur leer fahren und Ressourcen verschwenden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass OTN eine Optimierung von WDM ist, die die Betriebs- und Wartungsfunktionen sowie die flexiblen Ressourcenplanungsfunktionen von WDM-Systemen weiter verbessert.

Kurz gesagt, die WDM/OTN-Technologie fungiert heutzutage als Transportsystem für Datennetzwerke mit großer Kapazität. Es überträgt diese „Güter“ an Informationsdaten kontinuierlich mit höherer Zuverlässigkeit, flexiblerer Planungsfähigkeit und höherer Ressourcenauslastung.

Als nächstes werden wir den Fortschritt und den Entwicklungstrend der OTN-Technologie diskutieren.

400G Technologie

Mehrere große Hersteller haben an 400 G-bezogenen Tests teilgenommen und diese abgeschlossen. Die Testumgebung umfasst G.652D- und G.654E-Glasfasern sowie Netzwerke mit EDFA- und Raman-Verstärkern. Das Testmuster ist 400G 16QAMDie B2B-OSNR-Toleranz wurde unter 17 dB erreicht und die Baudrate liegt bei etwa 91.

Kanalrate	Modulationsformat	Baudrate (GBaud)	Erwartetes Intervall (GHz)
400G	64QAM	39.09	50
	PCS16QAM	68	75
	PCS16QAM	85	100
	PCS16QAM	91.6	100
400G	PCS16QAM	120	137.5
	16QAM	59.03	75
	QPSK	119.08

400G-bezogene Tests

400G 16QAM ist durch die Übertragungsentfernung begrenzt und für Backbone-Fernnetze nicht praktikabel. Daher werden Hersteller aufgefordert, 400G QPSK nachzuweisen. Einige Hersteller haben die kommerzielle Nutzung von 400G QPSK unterstützt oder werden dies bis Ende dieses Jahres realisieren. In Bezug auf das Frequenzband wurde das C++-Band in großem Umfang kommerzialisiert, und der zukünftige Einsatzvorschlag von C+L wird derzeit geprüft.

800G Technologie

Die entsprechende Forschung zur 800G-Technologie wurde vor einigen Jahren begonnen, und einige Hersteller haben den Laborverifizierungstest von 800G 64QAM bereits abgeschlossen und den kommerziellen Einsatz von 800G bereits unterstützt. Während andere Hersteller Anstrengungen zum 1.2T unternehmen.

Kanalrate	Modulationsformat	Baudrate (GBaud)	Erwartetes Intervall (GHz)
800G	64QAM	78.18	87.5
	PCS64QAM	95	112.5
	PCS64QAM	91.6	100
	16QAM	118.06

800G-bezogene Tests

Aufgrund der 800G-Anwendungen ist es sehr wahrscheinlich, dass C+L die 80-Wellen-Übertragungsanforderungen nicht erfüllen kann. Die entsprechende Forschung zum S-Band hat begonnen.

FlexE Technologie

FlexE-Dienste werden als Kundendienste abgerufen. Die Standardzuordnungs- und Multiplexmethoden, die 50G/100G/200G FlexE-Dienste für OTUk(V) unterstützen, sind wie folgt:

• Methode eins: Unbewusste Methode

Der 50G/100G/200G PHY in der FlexE-Gruppe wird über das BMP dem OPUFlex, dann dem ODU4-Kanalsignal und schließlich der OTU4(V)/OTUCn-Leitungsschnittstelle zugeordnet. Die Deskew-Verarbeitungsmethode kann verwendet werden, um die Verzögerungsdifferenz jedes Ethernet-Kanals zu reduzieren.

Methode eins: Unbewusste Methode

• Methode zwei: Kündigung

Das Idle Mapping Procedure (IMP) wird verwendet, um die Zuordnung vom Client-Signal zum ODUFlex zu realisieren, das den Ratenunterschied zwischen dem Client-Signal und dem ODUflex-Container durch Hinzufügen oder Löschen des Idle-Codes im FlexE-Client-Signal anpasst.

Methode zwei: Kündigung

Das Übertragungsnetz nimmt FlexE-Unterdienste nicht wahr und behandelt sie für die Zuordnung/De-Zuordnung als n*100GE/200GE/400GE.

• Methode drei: Wahrnehmung

Durch Entfernen der ungenutzten Zeitschlitze und Multiplexen der teilweise gefüllten FlexE-Signale werden diese über BGMP auf OPUflex und über GMP auf ODTU4.ts/ODTUCn.ts abgebildet. Anschließend werden sie zu ODU4/Cn-Kanalsignalen und schließlich zur OTU4(V)/OTUCn-Leitungsschnittstelle gemultiplext.

Methode drei: Wahrnehmung

 

OSU Technologie

• VC wird auf OSU übertragen

Unterschiedliche VCs in der SDH-Schnittstelle werden entsprechend der Dienstzuordnung unterschiedlichen OSU-Pipes zugeordnet. Die Dienstplanung ist flexibel und die Bandbreitenauslastung ist hoch. Sie können von einzelnen oder mehreren VCns einer OSU zugeordnet werden, und der VC<>OSU-Verarbeitungsknoten wird durch Taktsynchronisation erreicht.

Unterschiedliche VCs werden unterschiedlichen OSU-Pipes zugeordnet

Es ist erforderlich, dass diese Lösung die Wiederherstellung des VC von der STM-N-Schnittstelle unterstützt, ihn der OSU-Pipeline zuordnet und eine End-to-End-Planungsübertragung durchführt. Servicegranules unterstützen die Zuordnung von VC12-, VC3- und VC4-Servicegranules zu OSU. Es ist in die folgenden zwei Szenarien unterteilt.

 

Szenario 1: Ein einzelner VCn (VC4/VC3/VC12) wird einer einzelnen OSU zugeordnet.

(1) Das VC-Signal wird zunächst auf AU/TU abgebildet;

(2) Die AU/TU wird der OSU auf ähnliche Weise wie CBR zugeordnet, und der PTR-Zeiger zeigt auf die Startposition der AU/TU.

Ein einzelner VCn (VC4/VC3/VC12) wird einer einzelnen OSU zugeordnet

 

Szenario 2: Mehrere VCn (VC4/VC3/VC12) werden einer einzelnen OSU zugeordnet.

(1) Ordnen Sie den M-Kanal-VC der M-Kanal-ausgerichteten AU/TU zu und ordnen Sie ihn dann durch Byte-Interleaving der OSU zu.

(2) Die AU/TU wird auf ähnliche Weise wie CBR auf die OSU abgebildet, und der PTR-Zeiger zeigt auf die Startposition der ersten AU/TU.

Mehrere VCn (VC4/VC3/VC12) werden einer einzelnen OSU zugeordnet

 

• OSU unterstützt die GCC-Funktion mit dem Kanal

Herkömmliches OTN-GCC kann für die ASON-Wiederherstellung sowie für die automatische Erkennung und Portüberprüfung verwendet werden. Es kann zur Entkopplung und Übertragung kontrollierter Informationen verwendet werden. Basierend auf OTN Standardsystem erfordert jede Schicht GCC aufgrund der Vollständigkeit der Pfadschichtfunktionen. Daher benötigt OSU auch ein eigenes GCC-Konstruktionsschichtnetzwerk, um OSU-Subnetzverbindungen herzustellen.

OSU unterstützt die GCC-Funktion mit dem Kanal

Basierend auf der OSU-GCC-Wiederherstellung kann durch die Zusammenarbeit mit jedem OSU-Kanal zum Aufbau eines zugehörigen Kommunikationskanals eine OSU-basierte Umleitung implementiert werden. Die GCC-Bindung kann übernommen werden und die Signalisierung hochwertiger Dienste kann priorisiert werden.

 

• OSU- und ODU-Mischübertragungsfunktion

Das aktuelle OSU unterstützt ein zweistufiges Multiplexschema, das einige Einschränkungen bei der Netzwerkbandbreitenplanung mit sich bringt. Betreiber sind nicht flexibel genug, um das Netzwerk zu gestalten, was zum Problem der Fragmentierung der Zeitschlitzbandbreite führt.

Zukünftig kann ODTU gemischtes Multiplexing von OSU und ODU unterstützen. Es unterstützt auch die flexible Zuweisung von Zeitfenstern, um eine gemeinsame Nutzung der Bandbreite und eine flexible Bandbreitenplanung zu ermöglichen.

ODTU kann gemischtes Multiplexing von OSU und ODU unterstützen

 

Optische Schichttechnologie

Die OAM-Technologie mit optischer Schicht befindet sich am sendenden Ende des optoelektronischen Fusions-Cross-Connect-Geräts. Das Ausgangsende jeder OTU wird mit einem niederfrequenten Top-Modulationssignal geladen. Bei Dienstsignalen unterschiedlicher Wellenlänge sind die Frequenzen der Top-Tuning-Signale unterschiedlich und entsprechen den Wellenlängen eins zu eins. Das Laden von Overhead-Informationen wird synchron implementiert.

Einpunktmodulation, Mehrpunkterkennung

Gleichzeitig kann die Erkennung des obersten Modulationssignals realisiert und an jedem nachfolgenden Erkennungspunkt erkannt werden. Die optische Schichttechnologie kann auch die Overhead-Informationen des Kanals und verschiedene wichtige charakteristische Informationen jeder Wellenlänge erfassen.