WDM/OTN: Tecnologia de transmissão de dados de rede de grande capacidade

Usamos telefones celulares e computadores para postar no Facebook e assistir vídeos todos os dias. Essas atividades cotidianas simples requerem o apoio de um sistema de transporte de grande capacidade. Caso contrário, o conteúdo do Facebook e os vídeos não podem ser entregues com precisão ao seu celular ou monitor de computador. Neste sistema de transporte de grande capacidade, uma tecnologia significativa é WDM/OTN.

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WDM (Wavelength Division Multiplexing) é uma tecnologia que utiliza diferentes ondas de luz para transportar diferentes serviços e transmite vários serviços simultaneamente na mesma fibra. OTN (Optical Transport Network) pode ser visto como uma versão otimizada e atualizada do WDM. Vamos falar sobre essas duas tecnologias abaixo.

 

O que é WDM?

Se a fibra óptica for comparada a uma rodovia, as ondas de luz utilizadas para transmitir serviços no sistema WDM são comparadas a caminhões. Diferentes serviços de transmissão, como Facebook e vídeos, equivalem a pacotes a serem transportados, que são colocados diretamente em diferentes caminhões. Se todos esses caminhões enxamearem na transmissão de fibra ótica independentemente das faixas, isso causará caos e desordem em toda a via expressa, afetando a eficiência da transmissão. Com o WDM, diferentes serviços de transmissão podem ser transmitidos simultaneamente na mesma fibra óptica, o que equivale a dividir faixas para diferentes veículos na rodovia, permitindo que diferentes carros circulem em diferentes faixas ao mesmo tempo, melhorando a eficiência da transmissão.

Diagrama de simulação de fibra óptica

Ao mesmo tempo, para garantir a fluidez do trânsito, é necessário distinguir as faixas para que os diferentes veículos possam seguir seu próprio caminho. Semelhante à divisão de faixas grandes e faixas pequenas em rodovias, as faixas no sistema WDM são divididas em dois tipos: CWDM (Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda Grossa) e DWDM (Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda Densa). O primeiro tem um intervalo de pista maior (intervalo de comprimento de onda), geralmente, 20 nm, enquanto o último intervalo é pequeno, geralmente menor que 0.8 nm.

 

Em que consiste um sistema WDM?

O WDM permite que diferentes serviços sejam transmitidos em uma fibra ao mesmo tempo, desde que as faixas sejam divididas? As coisas não são tão simples, vamos dar uma olhada em como o WDM faz isso!

Em termos profissionais, um sistema WDM é geralmente composto por uma OTU (Optical Transponder Unit), uma unidade MUX/DEMUX, um canal de monitoramento e uma unidade amplificadora óptica.

Diagrama de simulação de o sistema WDM

Então, como as várias partes do WDM trabalham juntas para completar a transmissão do serviço? Vamos dar uma olhada no processo de transmissão de serviços em WDM.

1. Para que os serviços sejam transmitidos em WDM, primeiro é necessário enviar os serviços para o veículo dedicado do WDM (unidade ieOTU) e converter esses sinais de serviço em sinais ópticos de comprimento de onda padrão reconhecidos pelo WDM.
2. Os veículos de sinal óptico de onda padrão que transportam os serviços dirigem-se ao posto de controle (ou seja, a unidade de multiplexação) e são dispostos em diferentes faixas através do posto de controle. Cada veículo circula em uma faixa da rodovia ao mesmo tempo.
3. O estado de condução do veículo precisa ser supervisionado pelo cruzador, ou seja, o canal de monitoramento, para garantir a transmissão normal do serviço.
4. Se a distância de transporte for longa, também é necessário deixar o veículo entrar no mesmo posto de gasolina, ou seja, regenerar e amplificar o sinal de serviço através da unidade amplificadora óptica para garantir que o serviço não seja danificado durante o transporte de longa distância.
5. Quando o serviço é transportado para a estação terminal, o veículo sairá da estação de inspeção (ou seja, a unidade de desmultiplexação) e será desviado para a saída correspondente do terminal cliente receptor. O serviço é descarregado do veículo, ou seja, convertido em sinal de serviço ao cliente (ou seja, um sinal de serviço sem informação de comprimento de onda) através da unidade OTU e enviado ao cliente.

O que é OTN?

A partir da introdução acima, podemos concluir que a maior vantagem da tecnologia WDM é que ela faz bom uso dos recursos das fibras ópticas e pode fornecer transmissão de dados de grande capacidade. No entanto, o WDM também tem as seguintes desvantagens:

• Se o “pacote” de serviço no veículo WDM apresentar algum erro durante o transporte, não há como identificá-lo. Ou seja, o sistema WDM tem uma capacidade fraca de monitorar, gerenciar, operar e manter serviços.
• Se um serviço for transmitido no canal designado do sistema WDM, o canal não poderá ser usado por outros serviços, o que causará desperdício de recursos. É como se a faixa de cada veículo fosse fixa na rodovia, mesmo que a faixa esteja livre, outros tipos de veículos não podem usar essa faixa.

Com o desenvolvimento das redes de comunicação, a quantidade de dados na rede de dados aumentou rapidamente, e os especialistas precisam continuar a desenvolver o potencial do WDM e melhorar suas capacidades de WDM, então nasceu uma nova tecnologia – OTN.

Como mencionado anteriormente, o sistema WDM é semelhante ao sistema de tráfego rodoviário, e o OTN é sua versão atualizada. Suas funções atualizadas se refletem principalmente nos dois aspectos a seguir:

• Adicione regras de operação e manutenção. As medidas específicas são aumentar a estrutura do quadro para melhorar os recursos de monitoramento, gerenciamento e operação e manutenção do serviço.

O diagrama de comparação do sistema WDM e OTN

A partir do diagrama simplificado de comparação do sistema WDM e OTN acima, pode-se ver que:

No sistema WDM, o serviço sem informação de comprimento de onda que entra no sistema WDM é meramente convertido em serviço com informação de comprimento de onda, e colocado no sistema para transmissão. Ou seja, o sistema WDM não possui mecanismo de monitoramento para os serviços transmitidos e apenas garante que os serviços possam ser transmitidos para a extremidade receptora.

No sistema OTN, é fornecido um conjunto de regras para colocar serviços no sistema OTN, ou seja, os chamados requisitos de estrutura de quadros. Os serviços que entram no sistema OTN serão empacotados de acordo com os requisitos da estrutura do quadro OTN, ou seja, agregando informações de monitoramento, gerenciamento, operação e manutenção. E então os serviços são convertidos em serviços com informações de comprimento de onda e enviados ao sistema OTN para transmissão.

• Uma função de crossover elétrico é adicionada para que o Sistema OTN pode processar sinais de atendimento ao cliente e sinais WDM, respectivamente.

A função de cruzamento elétrico

Como mencionado acima, os sinais de atendimento ao cliente precisam ser convertidos em sinais de divisão de comprimento de onda para que o sistema WDM transmita o atendimento ao cliente. Quando o sistema WDM tradicional processa essa função, ela é implementada diretamente através da mesma placa única, e cada atendimento ao cliente precisa ocupar uma portadora de ondas de luz. Quando há cada vez mais tipos de atendimento ao cliente na rede, para transmitir esses serviços no sistema WDM, é necessário desenvolver novas placas para transportar esses serviços, o que aumentará o custo de construção da rede;

Por outro lado, esses serviços também ocuparão mais ondas de luz, resultando em escassez de recursos. Portanto, o sistema OTN introduz uma função de cruzamento elétrico, que é como adicionar um centro de despacho de carga ao sistema de transporte WDM tradicional. O centro de despacho de carga irá empacotar e despachar diferentes mercadorias (ou seja, diferentes serviços) que entram no sistema de transporte OTN em diferentes veículos (ou seja, transportá-los com diferentes ondas de luz).

o Centro de Despacho de Cargas

A vantagem da central de despacho de carga é que, se um novo serviço ao cliente for adicionado à rede, apenas o cartão único do lado do cliente que acessa o novo serviço precisa ser adicionado. E o serviço de transporte de cartão único existente no lado da linha é emprestado, o que economiza o custo de construção da rede. Enquanto isso, quando os caminhões em uma determinada pista estão ociosos, a central de despacho de cargas pode carregar os caminhões com atendimento ao cliente a qualquer momento, de modo a evitar que os caminhões fiquem vazios na pista e desperdicem recursos.

Resumindo, o OTN é uma otimização do WDM, que melhora ainda mais os recursos de operação e manutenção e os recursos flexíveis de agendamento de recursos dos sistemas WDM.

Em uma palavra, a tecnologia WDM/OTN atua como um sistema de transporte de redes de dados de grande capacidade hoje em dia. Ele transmite continuamente esses “bens” de dados de informação com maior confiabilidade, maior capacidade de programação flexível e maior taxa de utilização de recursos.

A seguir, discutiremos o progresso e a tendência de evolução da tecnologia OTN.

Tecnologia 400G

Vários grandes fabricantes participaram e concluíram testes relacionados a 400 G. O ambiente de teste inclui fibras ópticas G.652D e G.654E e redes usando amplificadores EDFA e Raman. O padrão de teste é 400G 16QAM, a tolerância B2B OSNR foi alcançada abaixo de 17db e a taxa de transmissão está em torno de 91.

Taxa de canal	Formato de modulação	Taxa de transmissão (Gbaud)	Intervalo esperado (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

Testes relacionados a 400G

400G 16QAM é limitado pela distância de transmissão e não é prático para redes de longa distância de backbone. Portanto, os fabricantes são incentivados a demonstrar 400G QPSK. Alguns fabricantes apoiaram ou realizarão o uso comercial de 400G QPSK até o final deste ano. Em termos de banda de frequências, a banda C++ tem sido comercializada em larga escala, estando a ser considerada a futura proposta de implantação de C+L.

Tecnologia 800G

A pesquisa relacionada à tecnologia 800G foi iniciada há alguns anos, e alguns fabricantes já concluíram o teste de verificação laboratorial de 800G 64QAM e já apoiaram a implantação comercial de 800G. Enquanto outros fabricantes estão fazendo esforços em 1.2T.

Taxa de canal	Formato de modulação	Taxa de transmissão (Gbaud)	Intervalo esperado (GHz)
800G	64QAM	78.18	87.5
	PCS64QAM	95	112.5
	PCS64QAM	91.6	100
	16QAM	118.06

Testes relacionados a 800G

Enquanto isso, devido às aplicações de 800G, é muito provável que C+L não possa atender aos requisitos de transmissão de 80 ondas. A pesquisa relacionada sobre a banda S começou.

FlexE tecnologia

Os serviços FlexE são acessados ​​como serviços ao cliente. Os métodos padrão de mapeamento e multiplexação que suportam serviços 50G/100G/200G FlexE para OTUk(V) são os seguintes:

• Método um: método inconsciente

O PHY 50G/100G/200G no Grupo FlexE é mapeado para o OPUFlex através do BMP, depois para o sinal do canal ODU4 e, finalmente, para a interface de linha OTU4(V)/OTUCn. O método de processamento Deskew pode ser usado para reduzir a diferença de atraso de cada canal Ethernet.

Método um: método inconsciente

• Método dois: Rescisão

O Idle Mapping Procedure (IMP) é usado para realizar o mapeamento do sinal do cliente para o ODUFlex, que corresponde à diferença de taxa entre o sinal do cliente e o contêiner ODUflex, adicionando ou excluindo o código Idle no sinal do cliente FlexE.

Método dois: Rescisão

A rede de transmissão não percebe os sub-serviços FlexE e os trata como n*100GE/200GE/400GE para mapeamento/desmapeamento.

• Método três: Percepção

Ao remover os intervalos de tempo não utilizados e multiplexar os sinais FlexE parcialmente preenchidos, eles são mapeados para OPUflex através de BGMP, para ODTU4.ts/ODTUCn.ts através de GMP. Em seguida, eles são multiplexados para os sinais do canal ODU4/Cn e, finalmente, para a interface de linha OTU4(V)/OTUCn.

Método três: Percepção

 

OSU tecnologia

• VC é realizado em OSU

Diferentes VCs na interface SDH são mapeados para diferentes tubos OSU de acordo com a atribuição do serviço. O agendamento do serviço é flexível e a utilização da largura de banda é alta. Eles podem ser mapeados por um ou vários VCns para uma OSU, e o nó de processamento VC<>OSU é obtido pela sincronização do relógio.

Diferentes VCs são mapeados para diferentes tubos OSU

É necessário que esta solução suporte a recuperação do VC da interface STM-N e o mapeie para o pipeline OSU e execute a transmissão de agendamento de ponta a ponta. Os grânulos de serviço suportam o mapeamento de grânulos de serviço VC12, VC3 e VC4 para OSU. Ele é dividido nos dois cenários a seguir.

 

Cenário 1: Um único VCn (VC4/VC3/VC12) é mapeado para um único OSU.

(1) O sinal VC é mapeado primeiro para AU/TU;

(2) A AU/TU é mapeada para a OSU de maneira semelhante ao CBR, e o ponteiro PTR aponta para a posição inicial da AU/TU.

Um único VCn (VC4/VC3/VC12) é mapeado para um único OSU

 

Cenário 2: Vários VCn (VC4/VC3/VC12) são mapeados para uma única OSU.

(1) Mapeie o canal M VC para o canal M alinhado AU/TU e, em seguida, mapeie-o para o OSU por intercalação de bytes;

(2) A AU/TU é mapeada para a OSU de maneira semelhante ao CBR, e o ponteiro PTR aponta para a posição inicial da primeira AU/TU.

Vários VCn (VC4/VC3/VC12) são mapeados para uma única OSU

 

• OSU suporta a função GCC com o canal

O OTN GCC tradicional pode ser usado para recuperação ASON, bem como descoberta automática e verificação de porta. Ele pode ser usado para desacoplamento e transferência de informações controladas. Com base no OTN sistema padrão, cada camada requer GCC devido à completude das funções da camada de caminho. Portanto, a OSU também precisa de sua própria rede de camada de construção GCC para estabelecer conexões de sub-rede OSU.

OSU suporta a função GCC com o canal

Com base na recuperação OSU GCC, cooperando com cada canal OSU para construir um canal de comunicação associado, o reencaminhamento baseado em OSU pode ser implementado. A ligação GCC pode ser de propriedade e a sinalização de serviço de alta qualidade pode ser priorizada.

 

• Função de transmissão mista OSU e ODU

A OSU atual suporta um esquema de multiplexação em duas etapas, que impõe algumas restrições no planejamento da largura de banda da rede. As operadoras não são flexíveis o suficiente para projetar a rede, o que leva ao problema de fragmentação da largura de banda do slot de tempo.

No futuro, a ODTU pode suportar multiplexação mista de OSU e ODU. Ele também suporta alocação de slot de tempo flexível para realizar compartilhamento de largura de banda e planejamento de largura de banda flexível.

ODTU pode suportar multiplexação mista de OSU e ODU

 

Tecnologia de camada óptica

A tecnologia OAM de camada óptica está na extremidade de transmissão do dispositivo de conexão cruzada de fusão optoeletrônica. A extremidade de saída de cada OTU é carregada com um sinal de modulação superior de baixa frequência. Para sinais de serviço de diferentes comprimentos de onda, as frequências dos sinais de ajuste de topo são diferentes e correspondem aos comprimentos de onda um a um. O carregamento de informações gerais é implementado de forma síncrona.

Modulação de um ponto, detecção multiponto

Ao mesmo tempo, a detecção do sinal de modulação superior pode ser realizada e pode ser detectada em cada ponto de detecção subsequente. A tecnologia de camada óptica também pode detectar as informações de sobrecarga do canal e várias informações características-chave de cada comprimento de onda.