WDM / OTN：ネットワークデータの大容量伝送技術

私たちは携帯電話やコンピューターを使ってFacebookに投稿したり、毎日ビデオを見たりしています。 これらの簡単な日常の活動には、大容量の輸送システムのサポートが必要です。 そうしないと、Facebookやビデオのコンテンツを携帯電話やコンピューターのモニターに正確に配信できません。 この大容量輸送システムでは、重要な技術はWDM/OTNです。

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WDM（波長分割多重）は、さまざまな光波を使用してさまざまなサービスを伝送し、同じファイバーで複数のサービスを同時に送信する技術です。 OTN（Optical Transport Network）は、WDMの最適化およびアップグレードされたバージョンと見なすことができます。 以下では、これらXNUMXつのテクノロジーについて説明します。

 

WDMとは何ですか？

光ファイバを高速道路に例えると、WDMシステムでサービスを送信するために使用される光波がトラックと比較されます。 Facebookやビデオなどのさまざまな送信サービスは、輸送されるパッケージに相当し、さまざまなトラックに直接配置されます。 これらのトラックがすべて車線に関係なく光ファイバー伝送に群がると、高速道路全体に混乱と混乱を引き起こし、伝送効率に影響を及ぼします。 WDMを使用すると、同じ光ファイバーで異なる伝送サービスを同時に伝送できます。これは、高速道路上の異なる車両の車線を分割することに相当し、異なる車が同時に異なる車線を走行できるようにして、伝送効率を向上させます。

光ファイバのシミュレーション図

同時に、スムーズな交通を確保するためには、車線を区別して、異なる車両がそれぞれの方向に進むことができるようにする必要があります。 高速道路の大きな車線と小さな車線の分割と同様に、WDMシステムの車線はXNUMXつのタイプに分けられます。 CWDM （粗波長分割多重化）および DWDM （高密度波長分割多重）。 前者はレーン間隔（波長間隔）が大きく、一般に20 nmですが、後者の間隔は小さく、一般に0.8nm未満です。

 

WDMシステムは何で構成されていますか？

WDMでは、レーンが分割されている限り、XNUMXつのファイバで同時に異なるサービスを送信できますか？ 物事はそれほど単純ではありません。WDMがどのようにそれを行うかを見てみましょう！

専門用語では、WDMシステムは通常、OTU（光トランスポンダユニット）、MUX / DEMUXユニット、監視チャネル、および光増幅器ユニットで構成されます。

のシミュレーション図 WDMシステム

それでは、WDMのさまざまな部分がどのように連携してサービス送信を完了するのでしょうか。 WDMでのサービスの伝送プロセスを見てみましょう。

1. サービスをWDMで送信するには、まずサービスをWDMの専用車両（つまりOTUユニット）に送信し、これらのサービス信号をWDMで認識される標準波長の光信号に変換する必要があります。
2. サービスを運ぶ標準的な波動光信号車両は、チェックポイント（つまり多重化ユニット）まで運転し、チェックポイントを介して異なる車線に配置されます。 各車両は、高速道路のXNUMX車線を同時に走行します。
3. 車両の運転状態は、通常のサービス送信を確実にするために、巡洋艦、つまり監視チャネルによって監視される必要があります。
4. 輸送距離が長い場合は、車両を同じガソリンスタンドに入れること、つまり、長距離輸送中にサービスが損傷しないように、光増幅器ユニットを介してサービス信号を再生および増幅することも必要です。
5. サービスがターミナルステーションに輸送されると、車両は検査ステーション（つまり逆多重化ユニット）から出て、受け取り側の顧客ターミナルの対応する出口に迂回されます。 サービスは車両からアンロードされます。つまり、OTUユニットを介してカスタマーサービス信号（つまり、波長情報のないサービス信号）に変換され、顧客に送信されます。

OTNとは何ですか？

以上のことから、WDM技術の最大のメリットは、光ファイバーのリソースを有効に活用し、大容量のデータ伝送ができることであると結論付けることができます。 ただし、WDMには次の欠点もあります。

• WDM車両のサービス「パッケージ」に輸送中にエラーが発生した場合、それを特定する方法はありません。 つまり、WDMシステムには、サービスを監視、管理、運用、および保守する能力が弱いということです。
• WDMシステムの指定されたチャネルでサービスが送信されると、そのチャネルを他のサービスで使用できなくなり、リソースの浪費が発生します。 まるで各車両の車線が高速道路に固定されているようで、たとえ車線が空いていても、他のタイプの車両はこの車線を使用できません。

通信ネットワークの発達に伴い、データネットワーク上のデータ量は急速に増加し、専門家はWDMの可能性を開発し続け、WDMの機能を向上させる必要があるため、新しいテクノロジーであるOTNが誕生しました。

前述のように、WDMシステムは高速道路交通システムに似ており、OTNはそのアップグレードバージョンです。 そのアップグレードされた機能は、主に次のXNUMXつの側面に反映されます。

• 運用および保守ルールを追加します。 具体的な対策は、フレーム構造を充実させ、サービスの監視・管理・運用・保守機能を向上させることです。

WDMシステムとOTNシステムの比較図

上記の簡略化されたWDMおよびOTNシステムの比較図から、次のことがわかります。

WDMシステムでは、波長情報のないサービスがWDMシステムに入るだけで、波長情報のあるサービスに変換され、システムに配置されて送信されます。 つまり、WDMシステムには送信されたサービスの監視メカニズムがなく、サービスが受信側に送信できることを保証するだけです。

OTNシステムでは、サービスをOTNシステムに組み込むための一連のルール、つまり、いわゆるフレーム構造要件が提供されます。 OTNシステムに入るサービスは、OTNフレーム構造の要件に従ってパッケージ化されます。つまり、監視、管理、運用、および保守の情報が追加されます。 そして、サービスは波長情報を備えたサービスに変換され、送信のためにOTNシステムに送信されます。

• 電気クロスオーバー機能が追加され、 OTNシステム カスタマーサービス信号とWDM信号をそれぞれ処理できます。

電気クロスオーバー機能

上記のように、顧客サービス信号は、顧客サービスを送信するためにWDMシステムの波長分割信号に変換する必要があります。 従来のWDMシステムがこの機能を処理する場合、同じ単一のボードを介して直接実装され、各顧客サービスはXNUMXつの光波キャリアを占有する必要があります。 ネットワーク上に顧客サービスの種類が増えると、これらのサービスをWDMシステムで送信するために、これらのサービスを実行するための新しいボードを開発する必要があります。これにより、ネットワーク構築のコストが増加します。

一方で、これらのサービスはより多くの光波を占有し、リソース不足につながります。 そのため、OTNシステムでは、従来のWDM輸送システムに貨物ディスパッチセンターを追加するような電気クロスオーバー機能が導入されています。 貨物発送センターは、OTN輸送システムに入るさまざまな商品（つまり、さまざまなサービス）をさまざまな車両に梱包して発送します（つまり、さまざまな光の波でそれらを運びます）。

貨物発送センター

貨物発送センターの利点は、新しい顧客サービスがネットワークに追加された場合、新しいサービスにアクセスする顧客側の単一のカードのみを追加する必要があることです。 また、回線側の既存のシングルカード輸送サービスを借りることで、ネットワーク構築のコストを節約できます。 一方、特定のレーンのトラックがアイドル状態の場合、貨物ディスパッチセンターは、トラックがレーンを空になり、リソースを浪費することを回避するために、いつでもトラックにカスタマーサービスをロードできます。

要約すると、OTNはWDMの最適化であり、WDMシステムの運用および保守機能と柔軟なリソーススケジューリング機能をさらに向上させます。

一言で言えば、WDM / OTN技術は、今日、データネットワークの大容量輸送システムとして機能しています。 これらの情報データの「商品」を、より高い信頼性、より柔軟なスケジューリング機能、およびより高いリソース使用率で継続的に送信します。

次に、OTN技術の進歩と進化の傾向について説明します。

400G技術

いくつかの主要メーカーが参加し、400のG関連のテストを完了しました。 テスト環境には、G.652DおよびG.654E光ファイバ、およびEDFAおよびラマン増幅器を使用したネットワークが含まれます。 テストパターンは 400G 16QAM、B2B OSNR許容値は17db未満で達成されており、ボーレートは約91です。

チャネルレート	変調フォーマット	ボーレート （ボー）	予想される間隔 （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関連のテスト

400G 16QAMは伝送距離によって制限され、バックボーン長距離ネットワークには実用的ではありません。 したがって、メーカーは400GQPSKのデモンストレーションを行うことをお勧めします。 一部のメーカーは、今年末までに400G QPSKの商用利用をサポートしているか、実現する予定です。 周波数帯については、C ++帯が大規模に商品化されており、今後のC+Lの展開案が検討されています。

800G技術

800G技術に関する関連研究は数年前に開始され、一部のメーカーはすでに800G 64QAMの実験室検証テストを完了しており、800Gの商用展開をすでにサポートしています。 他のメーカーが1.2Tに取り組んでいる間。

チャネルレート	変調フォーマット	ボーレート （ボー）	予想される間隔 （GHz）
800G	64QAM	78.18	87.5
	PCS64QAM	95	112.5
	PCS64QAM	91.6	100
	16QAM	118.06

800G関連のテスト

一方、800Gアプリケーションのため、C+Lは80波伝送要件を満たすことができない可能性が非常に高くなります。 Sバンドに関する関連研究が始まっています。

フレックスE テクノロジー

FlexEサービスはカスタマーサービスとしてアクセスされます。 OTUk（V）への50G / 100G /200GFlexEサービスをサポートする標準のマッピングおよび多重化方法は次のとおりです。

• 方法XNUMX：気付かない方法

FlexEグループの50G/100G / 200G PHYは、BMPを介してOPUFlexにマッピングされ、次にODU4チャネル信号にマッピングされ、最後にOTU4（V）/OTUCnラインインターフェイスにマッピングされます。 Deskew処理方法を使用して、各イーサネットチャネルの遅​​延差を減らすことができます。

方法XNUMX：気付かない方法

• 方法XNUMX：終了

アイドルマッピング手順（IMP）は、クライアント信号からODUFlexへのマッピングを実現するために使用されます。これは、FlexEクライアント信号のアイドルコードを追加または削除することにより、クライアント信号とODUflexコンテナ間のレート差を一致させます。

方法XNUMX：終了

伝送ネットワークはFlexEサブサービスを認識せず、マッピング/マッピング解除のためにそれらをn * 100GE / 200GE/400GEとして扱います。

• 方法XNUMX：知覚

未使用のタイムスロットを削除し、部分的に満たされたFlexE信号を多重化することにより、それらはBGMPを介してOPUflexに、GMPを介してODTU4.ts/ODTUCn.tsにマッピングされます。 次に、それらはODU4 / Cnチャネル信号に多重化され、最後にOTU4（V）/OTUCnラインインターフェイスに多重化されます。

方法XNUMX：知覚

 

OSU テクノロジー

• VCはOSUで実行されます

SDHインターフェイスのさまざまなVCは、サービスの属性に応じてさまざまなOSUパイプにマッピングされます。 サービスのスケジューリングは柔軟で、帯域幅の使用率は高くなります。 それらは、単一または複数のVCnによってXNUMXつのOSUにマッピングでき、VC<>OSU処理ノードはクロック同期によって実現されます。

さまざまなVCがさまざまなOSUパイプにマッピングされます

このソリューションは、STM-NインターフェイスからのVCのリカバリをサポートし、それをOSUパイプラインにマッピングし、エンドツーエンドのスケジューリング送信を実行する必要があります。 サービスグラニュルは、VC12、VC3、およびVC4サービスグラニュルのOSUへのマッピングをサポートします。 これは、次のXNUMXつのシナリオに分けられます。

 

シナリオ1： 単一のVCn（VC4 / VC3 / VC12）が単一のOSUにマップされます。

（1）VC信号は最初にAU/TUにマッピングされます。

（2）AU / TUはCBRと同様の方法でOSUにマップされ、PTRポインターはAU/TUの開始位置を指します。

単一のVCn（VC4 / VC3 / VC12）が単一のOSUにマップされます

 

シナリオ2： 複数のVCn（VC4 / VC3 / VC12）が単一のOSUにマップされます。

（1）MチャネルVCをMチャネルアライメントされたAU / TUにマッピングし、バイトインターリーブによってOSUにマッピングします。

（2）AU / TUはCBRと同様の方法でOSUにマップされ、PTRポインターは最初のAU/TUの開始位置を指します。

複数のVCn（VC4 / VC3 / VC12）が単一のOSUにマップされます

 

• OSUはチャネルでGCC機能をサポートします

従来のOTNGCCは、ASONリカバリ、および自動検出とポート検証に使用できます。 制御された情報の分離と転送に使用できます。 に基づく OTN 標準システムでは、パスレイヤー機能が完全であるため、各レイヤーにはGCCが必要です。 したがって、OSUには、OSUサブネット接続を確立するための独自のGCC構築層ネットワークも必要です。

OSUはチャネルでGCC機能をサポートします

OSU GCCリカバリに基づいて、各OSUチャネルと連携して、関連する通信チャネルを構築し、OSUベースの再ルーティングを実装できます。 GCCバインディングを所有でき、高品質のサービスシグナリングに優先順位を付けることができます。

 

• OSUとODUの混合変速機機能

現在のOSUは、ネットワーク帯域幅の計画にいくつかの制限を課すXNUMX段階の多重化スキームをサポートしています。 オペレーターはネットワークを設計するのに十分な柔軟性がないため、タイムスロット帯域幅の断片化の問題が発生します。

将来的には、ODTUはOSUとODUの混合多重化をサポートできるようになります。 また、帯域幅の共有と柔軟な帯域幅計画を実現するための柔軟なタイムスロット割り当てもサポートしています。

ODTUは、OSUとODUの混合多重化をサポートできます

 

光層技術

光層OAM技術は、光電子融合クロスコネクトデバイスの送信側にあります。 各OTUの出力端には、低周波数のトップ変調信号がロードされます。 異なる波長のサービス信号の場合、トップチューニング信号の周波数は異なり、波長にXNUMX対XNUMXで対応します。 オーバーヘッド情報のロードは同期的に実装されます。

ワンポイント変調、マルチポイント検出

同時に、トップ変調信号の検出を実現し、後続の各検出ポイントで検出することができます。 光層技術は、チャネルのオーバーヘッド情報と各波長のさまざまな主要な特性情報も検出できます。